DE2265245C2

DE2265245C2 - Anordnung zur Steuerung einer Relativbewegung zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Glied eines zweiphasigen, synchronen Antriebssystems

Info

Publication number: DE2265245C2
Application number: DE2265245A
Authority: DE
Inventors: Bruce A. Del Mar Calif. Sawyer
Original assignee: Xynetics Inc
Current assignee: Xynetics Inc
Priority date: 1971-04-19
Filing date: 1972-04-17
Publication date: 1983-12-29
Also published as: DE2265245A1; JPS5248271B1; SE7504492L; AU472542B2; DE2265246C2; AU4119272A; FR2133838A1; GB1392751A; SE405646B; DE2219155B2; CA977820A; FR2133838B1; US3836835A; JPS5373B2; DE2219155A1; IT957643B; SE398563B; GB1392753A; SE7504491L; SE389206B

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung

einer Relativbewegung zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Glied eines zweiphasigen.

synchronen Antriebssystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Steueranordnung, wie sie auch

Gegenstand des älteren Patents DE-PS 21 13 872 ist, findet zusammen mit Synchronmotoren Anwendung, die häufig verwendet werden, um ein Stellglied in / Bewegung zu versetzen. Synchronmotoren erweisen sich hierfür als vorteilhaft, da die Bewegung eines ersten Gliedes relativ zu -einem zweiten Glied synchron zur Periodizität der am Motor liegenden Eingangssignale • erfolgt. Wenn beispielsweise JiVechselsignale 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. Synch ronmotore 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.

ι Unter bestimmten 'Umständen ist die Bewegung des

L ersten Gliedes des Synchronmotors der Periodizität der ι Eingangssignale jedoch nicht genaa proportional. F Beispielsweise kann das bewegliche Glied in Resonanz ■■ geraten, so daß die augenblickliche Bewegung des bewegten Gliedes den Eingangssignalen nicht genau \ proportional ist. Treibt der Synchronmotor ein Stell- ; glied wie z. B. ein Werkzeug oder einen Schreibstift. erzeugt die Rotorresonanz Fehler der momentanen ■ Auslenkung des Stellgliedes. Derartige Resonanzen sind \- immer unerwünscht und können zuweilen so stark auftreten, daß die einwandfreie Funktion des Stellgliedes, d. h. des Werkzeuges oder Schreibstiftes, ernsthaft in Frage gestellt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Steuerung einer Relativbewegung /wischen dem feststehenden und dem beweglichen Glied eines zweiphusigcn. synchronen Antriebssysiems gemäß der eingangs erwähnicn An derart auszubilden, daß unier Vermeidung von Resonanzen die augenblickliche Bewegung des beweglichen Gliedes genau den die Erregercinrich'ung steuernden elektrischen Signalen proportional ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die aus dem Kennzeichen des Patentanspruchs I hervorgehenden Maßnahmen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeb?n sich aus den (Interansprüchen. Die erfindungsgemäße Anordnung erweist sich insbesondere im Zusammenhang mit bekannten Synchronmotoren (US-PS'n 33 76 578 und 34 57 482) als geeignet einsetzbar, bei d?nen das feststehende Glied von einer Grundplatte und das bewegliche Glied von einem ein- oder zweiachsis über die Grundplatte bewegbaren Kopf gebildet wird. Wenn der Kopf gegenüber der Grundplatte entlang zweier Koordinatenachsen bewegbar ist. 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 der Kopf nicht auf der Grundplatte aufliegt, kann seine Bewegung über die Grundplatte mit hoher Geschwindigkeit und hoher Beschleunigung oder Verlangsamung erfolgen, insbesondere da die Kopfmasse verhältnismäßig niedrig ist.

Der Leistungswinkel des Motors wird gesteuert, um eine Fehlerfunkiion zu liefern, die eine verbesserte Kontrolle über die Bewegung des beweglichen gegenüber dem feststehenden Cl-id ergibt. Der Leistungswinkel läßt sich s»ls der Winkel zwischen dem Zeiger oder Vektor der tatsächlichen Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte und dem Zeiger oder Vektor der am Motor liegenden Eingangssignale definieren. Der Leistungswinkel läßt sich kontrolliert nachstellen, indem man die Phase der Eingangssignale augenblicklich zu einen bestimmten Winkel nachstellt. Hierdurch wird eine steuerbare Kraft erzeugt und eine optimale Steuerung der Bewegung des Kopfes über die Grundplatte in jedem Augenblick möglich.

Regelschleifen nehmen Signale auf, die eine Funktion nt der Ist-Verschiebung des Kopfes gegenüber der Grundplatte sind. Derartige Signale können die Verschiebung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung bzw. deren Kombinationen des Kopfes gegenüber der Grundplatte darstellen. Die von der Regelschleife erzeugten Signale steuern den Leistungswinkel im Motor. Wenn die Signale die Geschwindigkeit darstellen, dämpft die Regelschleife die Verschiebung des Kopfes gegenüber der Grundplatte, um jede Neigung des Kopfes, in Resonanz zu geraten, zu unterdrücken oder mindestens so klein wie möglicL zu halten. Wenn die Signale die Verschiebung oder die Beschleunigung darstellen, steuert die Regelschleife die Resonanzfrequenz des Kopfes und damit unter idealen Bedingungen die Verschiebung des Kopfes gegenüber der Grundplatte.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung werden nunmehr an Hand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. In letzteren sind

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Synchronmotors mit einem beweglichen Glied in Form eines Kopfes, der entlang zweier Koordinatenachsen gegenüber einem feststehenden Glied in Form einer Grundplatte beweglich ist,

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

Fig.3 ein vergrößerter Schnitt durch einen Teil des in F i g. 2 gezeigten Kopfes,

Fig.4 eine vergrößerte Teilansicht von Teilen des Kopfes und der Grundplatte der Fig. I. wobei die Grunclolatte geschnitten ist,

F i g. 4a eine vergrößerte Teilansicht des in den vorhergehenden Figuren gezeigten Kopfes,

F i g. 5 ein Vektordiagramm, aus dem die Be/.iehung zwischen der augenblicklichen Lage des Kopfes und den zwecks dessen Antrieb am Kopf liegenden Signale ablesbar ist.

Fig.6 ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit offener Regelschleife zum Antrieb des Motors der Fig. 1 bis 4a mit 5n den die Funktion der Anordnung beschreibenden Gleichungen.

Fig. 6a ein Zeigerdiagramm der Beziehungen zwi-• sehen o^tr verschiedenen Parametern der in Fig.6 gezeigten Anordnung,

F i g. 7 das Blockdiagramm für einen Teil der 'in F i g. 6 gezeigten Anordnung,

F i g. 7a ein Zeigerdiagramm, das die Beziehung zwischen den Eingangsgrößen und den Ausgangsgrößen des in F i g. 7 gezeigten Teils der Anordnung darstellt,

F i g. 8 ein Biockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des in F i g. 7 gezeigten Teils der Anordnung, F i g. 8a ein Zeigerdiagramm der Eingangsgrößen und der Ausgangsgrößen C¹^s in Fig.8 gezeigten Teils der Anordnung,

Fig.9 in Blockform eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Stetierschleife mit einer Beschleunigungsgröße zur Steuerung

eines Synchronmotors, wobei die die Funktion der Anordnung kennzeichnenden Gleichungen angegeben sind,

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

F i g. 9b eine Anordnung, die das ähnlich wie die in F i g. 9 gezeigte mit Analogsignalen arbeitet.

Fig. IO das Biockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, die mittels einer Steuerschleife die Funktion des Motors unter Steuerung durch Beschleunigungsbcfehlc und Beschleunigungsrückführung steuert, wobei die die Funktion der Anordnung kennzeichnenden Gleichungen angegeben sind.

Fig. Il das Blockdiugramm einer anderen Ausfüh- ii rungsforni der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der der Synchronmotor durch Beschleunigungsbefchle und mit Geschwindigkeitsrückführung gesteuert wird, wobei die die Funktion der Anordnung kennzeichnenden Gleichungen angegeben sind.

Fig. 12 das Biockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zur Steuerung eines Synchronmotor mit Beschleunigungsbefehlen und Geschwindigkeitsrückführung, die eine Bcwegungsfehlerschleife aufweist, wobei die die Funktion der Anordnung kennzeichnenden Gleichungen angegeben sind.

F i g. I Ja bis F ig. I ig Blockdiagrammc verschiedener weiterer Ausfiihrungsformcn der erfindungsgemäßen Anordnung zur Steuerung der Funktion eines Synchronmotors mit Beschleunigungsbefehlcn und Geschwindigkeitsrückführung und

Fig. 14 das Biockdiagramm einer weiteren Ausfiihrungsform der erfindungsgcniäßcn Anordnung zur Steuerung der Bewegung eines Kopfes relativ zu einer Grundplatte mit Geschwindigkeiisrückliihrung und Dämpfung einer Drehung des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine zu der Oberfläche im wesentlichen senkrechten Achse, wobei die Oberfläche durch die Koordinaten aufgespannt wird, entlang denen der Kopf *o sich bewegt.

Ein im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung verwendbarer Linear-Synchronmotor 10 weist wie aus F i g. 1 hervorgeht, ein feststehendes Glied in Form einer Grundplatte 12 und ein bewegliches Glied *5 in Form eines Kopfes 14 auf. Dieser Motor kann in ähnlicher Weise aufgebaut sein, wie aus den US-PS's 33 76 578 und 34 57 482 hervorgeht, dl h. die Bewegung des Kopfes 14 kann relativ zur Grundplatte 12 entlang einer einzigen Achse oder entlang eines Paares von so Koordinatenachsen sowohl magnetisch (vgl. US-PS's 33 76 578 und 34 57 482). als auch pneumatisch (vgl. US-Patentanmeldung I 01 998 vom 28.12.1970 der Anmelder), der auch z. B. kapazitiv erfolgen.

Wenn der Linear-Synchronmotor magnetisch arbeitet kann die Grundplatte 12 aus einem ferromatischen 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 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 als die Nutenteilung bezeichnen. Die Nuten können offen sein, wobei Luft als nichtmagnetisches Material dient: vorzugsweise werden sie jedoch mit einem Kunststoff oder anderem °5 nichtmagnetischen Feststoff ausgefüllt, um der Grundplatte 12 eine glatte Oberfläche zu geben. Die Nuten 16 und die Zähne 18 bilden zusammen eine Gitterstruktur.

Ist der Kopf relativ zur Grundplatte entlang einer einzigen Achse bewegbar, so weist der Kopf zwei Gruppen von Magneten 20 und 22 auf. d^;e in einem Halter 24 angebracht sind, wobei die Polflächen der Magneten sich an der Halteroberflächc befinden. Typischerweise kann der Halter 24 eine Aluminiumoder Kunststoffplatte mit zwei öffnungen sein, die die Magneten aufnehmen Die Magnetgruppen 20,22 liegen parallel zur Grundplatte 12 und dienen dazu, den Kopf 14 über die Grundplatte fortzubewegen und einzustellen.

Da die beiden Gruppen von Magneten 20 und 22 gleich aufgebaut sein können, wird hier nur eine im einzelnen beschrieben. Jede Gruppe kann aus zwei Magneten bestehen, deren jeder zwei Polstücke aufweist. Die Magnetgruppe 20 enthält einen Rahmen 26 und die Polstücke 28, 30, 32 und 34. Jedes der Polstücke 28, 30, 32, 34 kann aus einem Stapel von (ypsianytpn Blechen beziehen. Eine Wickiüü" 3β kann unter magnetischer Kopplung mit den Polstücken 28 und 30. eine Wicklung 38 unter magnetischer Kopplung mit den Polslücken 32 und 34 gewickelt sein. Ein U-förmiger Magnet 40 mit den Polstücken 32 und 34 ist beispielsweise mittels einer Schraube an der Rippe 42 des Rahmens 26. ein entsprechender Magnet 44 mit den Polstücken 32 und 34 an einer Rippe 46 des Rahmens 26 befestigt. Der Rahmen 26 besieht aus nicht magnetischem [fiiaierial. wie z. B. Aluminium, und in der vorzugsweise verwendeten Ausführungsform sind die Magneten 40 und 44 Permanentmagneten, die in den zugeordneten Polstücken eine Vormagnetisierung bzw. einen Polarisierungsfluß erzeugen.

Die Unterflächc jedes der Polstücke 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 dem magnetischen Material in der Platte 12. Beispielsweise kann das Polstück 28 ein Paar Zähne »./« und »iv (Fig.4) haben, deren Breite jeweils der Breite der Zähne 18 und der Nuten 16 in der Grundplatte 12 entspricht. Alternativ kann jede der Polflächen auf den Polstücken 28 und 30 eine Vielzahl von auf Abstand liegenden Zähnen aufweisen, wie es die F i g. 3 zeigt.

Wenn die Polstücke 28 und 30 aufgebaut sind, wie es die F i g. 4 zeigt, sind die Zähne »;f« und »cv zueinander so angeordnet, daß, wenn einer sich über einem Zahn 18 aus magnetischem Material auf der Grundplatte 12 befindet, der andere sich über der Nut 16 aus nichtmagnetischem Material in der Grundplatte befindet. Mit anderen Worten, der Abstand zwischen den Mittellinien der Zähne »a« und »cx< kann gL.ch p(n±M2) sein, wobei η eine ganze Zahl und ρ die Teilung des Gitters auf der Grundplatte !2 oder die Entfernung zwischen den Mittellinien aufeinanderfolgender Nuten bzw. Zähne der Grundplatte 12 ist. Die Polstücke 30,32 und 34 sind entsprechend aufgebaut.

Das Polstück 30 hat magnetische Zähne, die als »a« und »ok bezeichnet sind. Die Polstücke 28 und 30 des Magneten 40 haben untereinander einen solchen Abstand, daß die magnetischen Zähne a und a' 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 bei den magnetischen Zähnen 18, ebenso wie die magnetischen Zähne cund c' sich gleichzeitig bei den magnetischen Zähnen 18

befinden.

Dor Magnet 44 isi in ähnlicher Weise aufgebaut wie der Mahnet 40. Di·: Magneten 40 und 44 sind so auf Abstand ungeordnet. daß, wenn die Zähne eines Magneten direkt über einem Zahn 18 oder einer Nut 16 liegen, die Ziihne des anderen Magneten sich in der Mitte z-.isehen einem Zahn 18 und einer Nut 16 befinden. Die Mittellinien entsprechender Zähne der Magneten 40 und 44 haben also den Abstand p(n± 1/4).

Die beiden Magneten einer Gruppe werden als A-Phasen-Magnet und B-Phasen-Magnet bezeichnet. In der vorzugsweise verwendeten Ausführungsform mit /uei parallelen Gruppen von Magneten, wie sie die K ig. 2 zeitt. sind die Magneten einer Gruppe - wie /. H. die der Gruppe 20 - so angeordnet, daß die A-Chase links und die B-Phase rechts liegt, und die Magneten der anderen Gruppe — wie z. B. der Gruppe 22 - so angeordnet, dali die B-Phase links und die A-Phase rechts liegt. Diese Anordnung ergibt ein verbessertes Gleichgewicht der an der Antriebsvorrichtung - wie /. B. dem Kopf 14 - liegenden Kräfte und halt dessen Neigung, sich um eine senkrechte zur Oberfläche der Grundplatte 12 verlaufenden Achse zu drehen, so gering wie möglich. Bei dieser Anordnung liegen die Magneten einer Gruppe im Abstand /Υ«+1/4) und die Magneten der anderen Gruppe im Abstand /γ/)- 1-4).

Wenn nun — vergl. Fig. 4 - der Strom in der Wicklung 36 des A-Phasen-Magneten 40 mit voller Starke ^rlieUi. addiert sich der erzeugte Magnetfluß zu dem durch den Permanentmagneten 40 in den PollUiehen .·/ und ;Γ erzeugten Vormagnctisierungsfluß und subtrahiert sich von dem Vormagnetisierungsfluß. die der Magnet in den Polllachcn fund (.''erzeugt: damit reduziert sich der I luß in ilen Polflachen c und r iiiigcl'iihr zu Null. Da die Ziihne ./ und ./' unmittelbar iiivr Jen /.,ihnen i» der Grundplatte i2 liegen, w iikt auf den Kopf 14 keine Kraft ein. die ihn über die Plane 12 be\v egen konnte. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom //.in der Wicklung 38 des Magneten 44 gleich Null, und die ΙΊιιν·.ο in den /ahnen i/und ödes Polstücks 32 und in den Zahnen (/und £>des Polstücks 34 sind im wesentlichen gleich. Die Größe dieser Flüsse kann die Hälfte des durch den A-Phasen-Magneten in den Zähnen ;/ und ;Γ (I" ig. 4) erzeugten und ein Viertel des in den Zähnen ;/ und ;;'in K ig. 4 erzeugten sein, wenn derS'.rom /1 durch die Wicklung 36 fließt. Die Zähne i/ und d' liegen um 180 gegenüber den Zähnen bund 6'verdreht, so daß im Ergebnis die Zähne b. b'. Jund d'keine Kräfte erzeugen, die den Kopf 14 über die Grundplatte 12 bewegen könnten. Unter diesen Bedingungen verbleibt der Kopf 14 in der Stellung der F i g. 4.

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

Wenn der Kopf 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 der Kopf 14 um eine Strecke nach rechts, die einer weiteren Viertelteilung entspricht, so daß die Zähne c und c' dann über den Zähnen 58 auf der Grundplatte 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. F.ine schrittweise Bewegung in der entgegengesetzten Richtung erfolgt, indem man die Ströme in der umgekehrten Reihenfolge schaltet.

Die Wicklungen 36 und 38 und die A-Phasen- und B-Phasennuigneten 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 Kopfes 14 nicht schrittweise, wie oben beschrieben, sondern kontinuierlich. Die Richtung der Bewegung des Kopfes 14 über der Platte 12 läßt sich umkehren, indem an die Phase eines der Eingangssignale - wie z. B. das Sinussignal - umgekehrt oder die Vektoren der Eingangssignal in der entgegengesetzten Richtung dreht.

Auf diese Weise kann eine Bewegung des Kopfes 14 relativ zur Grundplatte 12 in Synchronismus zur Periodizität der an den Wicklungen 36 und 38 liegenden Eingangssignale erzeugt werden. Mit anderen Worten: Der Kopf 14 legt eine der Teilung der Zähne 18 entsprechende Strecke zurück, wenn die an den Wicklungen 36 und 38 liegenden Signale um eine Periode weitergelaufen sind. Weiterhin läßt sich der Kopf schneller beschleunigen und verlangsamen als bei Asynchronmotoren.

jo Die Beschleunigung und Verlangsamung des Kopfes und dessen gesteuerte Bewegung in Synchronismus mit der Periodizität der F.ingangssignale werden weiterhin dadurch erleichtert, daß während der Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte zwischen diesen beiden keinerlei Reibung auftritt. Da keine Reibung zwischen Kopf und Grundplatte auftritt, kann der Kopf verhältnismäßig leicht sein. Dieser Umstand erleichtert eine schnelle Beschleunigung und Vcrlangsamung des Kopfes und erleichtert weiterhin den schnellen Übergang des Kopfes von einer eisten zu einer anderen.

erwünschten Stellung, die von der ersten verschieden ist.

Wie ersichtlich, kann der Kopf 14 ein Glied 48 in der

Form eines Werkzeuges oder eines Schreibstiftes tragen. Die verschiedenen Teile der Vorrichtung einschl. der Grundplatte 12 und des Kopfes 14 - sind leicht zugänglich, und das Glied 48. d. h. das Werkzeug oder der Schreibstift, läßt sich leicht beobachten. Ein weiterer Vorteil ist. daß das Glied 48 unmittelbar vom Kopf getragen wird, so daß die Stellung dieses Gliedes in direkter Beziehung zur Stellung des Kopfes steht.

Da die Wicklungen 36 und 38 periodische Signale erhalten, die der Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte entsprechen, läßt sich die Bewegung des Kopfes vorteilhafterweise entlang jeder der Koordinatenachsen in jedem Augenblick durch die Anzahl der Perioden und deren Teile bestimmen, die an den Wicklungen 36 und 38 liegen.

Weiterhin liißt sieb die Bewegung des Kopfes entlang jeder der Koordinatenachsen durch magnetische Fühler ermitteln, die sich mit dem Kopf über die Zähne 18 bewegen und ein Signal erzeugen, dessen Amplitude ein Minimum hat. wenn die Fühler über die Nuten 16 laufen. Auf diese Weise erzeugen die Fühler periodische Signale, deren Periode der Bewegung des Kopfes um eine Strecke entspricht, die gleich der Teilung zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen 18 ist.

Der Kopf 14 befindet sich zwar auf Abstand, aber in unmittelbarer Nähe zur Grundplatte 12. Verschiedene

Mittel kissen sich einsetzen, um diesen Abstand aufrechtzuerhalten - z. B. eine Luftkisscnlagerung. Beispielsweise k;inn die Steuerleitung 50 (Fig. 4a) die Zuführung einer Druckluftversorgung darstellen. Die Luftzuführung dieser Steuerleitung mündet in einem Rohr 52. das mittels einer in einem Loch 56 befindlichen Schraube 54 in Stellung gehalten wird. Ein Durchlaß 58 in der Schraub« 54 stellt eine Strönningsverbindung zu den Durchlässen 60 her, die sich von der Schraube hinwegerstrecken und in Auslaßöffnungen 62 (Fig. 2) münden.

Die Grundgleichung für die magnetische Kraft in Motoren — inkl. Synchronmoloren — nachdem Prinzip des veränderlichen magnetischen Widerstandes ist:

F = awl Ax,

(D

F = magnetische Kraft zwischen dem Kopf 14 und der Grundplatte 12,

tv- = Energieinhalt des magnetischen Feldes, .v = Verschiebung des Kopfes 14 relativ zur Grundplatte 12 entlang der A"-Achse.

Für magnetische Anordnungen mit weicheisemen Flußpfaden ist bekannt, daß

F = 1/2 (MMK)¹ ■ — d.x

(2)

ist, mit

F_t = 1/2 (MMK)² ■ — ό.χ

(3)

1/2 [MMK)² ■ — öx

(3a)

F_: = 1/2 (MMK)²

δζ

(3b)

20

30

MMK - magnetomotorische Kraft zwischen dem Kopf 14 und der Grundplatte 12 und

P = magnetische Permeanz (Kehrwert des magneti-

schen dem Kopf 14 und der Grundplatte 12.

Aus der Gleichung 2 läßt sich die Kraft zwischen dem Kopf 14 und der Grundplatte 12 für jede Achse ableiten. Es gilt also:

F_x = Kraft zwischen Kopf und Grundplatte in X-Richtung.

50

F₁ » Kraft zwischen Kopf und Grundplatte in Y-Richtung,

F_: = Kraft zwischen Kopf und Grundplatte in Z- ^w Richtung, d. h. der zur Grundplatte 12 senkrechten Achse.

Wenn ein Zahn - wie z. B. der Zahn α im Polstfick 28 - sich relativ zur Grundplatte bewegt, federt sich die Permanenz zwischen Zahn und Grundplatte nach folgende^ Beziehung:

= P₀ (

m cos

ρ J

f\, = const. K = const.

ρ - Teilung zwischen den Zähnen 18 auf der Grundplatte 12.

,ο Es gilt also:

P = P₀ + KP₀ cos

2/rx

mit

P₀ = const.

Da jedes Polstück zwei um 180° versetzte Zähne auf weist (z. B. sind die Zähne α und c auf dem Polstück 28 um 180° versetzt), hebt sich der konstante Term P₀ in Gi. (4) weg, so üaS die Taiigeuuaikrüfi füi den A-Fnäsen-Magneten - ζ B. den Magneten 20 - sich ausdrücken läßt als

F_A = c_A · i_A ■ cos '—

mit

F₄ = Kraft zwischen dem Magneten 20 und der Grundplatte in ^-Richtung,

C, = const.

i_A = Strom in der Wicklung 34.

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

. . 2/r.v

= fs · 'β " ^sin

(5a)

mit

F₈ = Kraft zwischen dem Magneten 22 und der Grundplatte in .^-Richtung,

c_B = const.

is = 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 Kopf und der Grundplatte bzw. mit anderen Worten, zu der zwischen der Grundplatte und den den entsprechenden Wicklungen zugeordneten Magneten erzeugten Kraft. i_A und i_B lassen sich also mit trigonometrischen Funktionen des

Arguments ausdrücken.

ρ Wenn

55 und /4 = / · cos (2 πχ/ρ)

i_B = I- sin (2 κx/p) ist, gilt

F₄ + F₈ = c ■ I [ cos²

2 η χ

+ sin²

P J

= c-I

mit c = const.

/ = Spitzenwert des Stromes durch jede der Wicklungen 3« und 3t.

Die obige Diskussion basierte auf der Annahme, daß der Zeiger der Bewegung des Kopfes 14 relativ zur

1!

Grundplatte 12 entlang jeder Achse -jm 90° gegenüber dem Zeiger der an die Wicklungen für diese Achs« . elegten Eingtingssirömc phasenverschoben ist — wie z. B. die Wicklungen 36 und 38 für die A'-Achse. Mil eier erfindungsgemäßen Anordnung wird jedoch der Leismngswinkel zwischen dem Vektor der augenblicklichen Verschiebung des Kopfes relativ zur Grundplatte und dem Vektor der resultierenden Ströme, die in jedem Augenblick an den Wicklungen — wie z. B. den Wicklungen 36 und 38 für die A'-Achse - liegen, steuerbar gemacht. Dies läßt sich erreichen, indem man die Ströme an den Wicklungen - z. B. 36 und 38 - um einen Winkel θ vor- oder nacheilen läßt. Die Ströme i,\ und in ergebe.i sich also in Wirklichkeit zu

i₄ = I ■ cos

-GH

iß = I ■ sin

Hiermit wird

Ft +F_B = 3 c ■ I ■ sine.

(7)

(7a)

(8)

Wie aus der folgenden Diskussion ersichtlich sein wird, stellt θ einen steuerbaren Winkel dar. Die Tatsache, daß ein Winkel Θ zwist.ien dem Vektor der augenblicklichen Verschiebung des Kopfes relativ zur Grundplatte und dem Vektor der resultierenden, in diesem Augenblick an den Wicklungen - z. B. 36 und 38 - für die A'-Achse liegenden Ströme besteht, führt /u einer Kraft, die die Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte verursacht. Diese Steuerung geht so vor sich, dal} die Ist-Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte in jedem Augenblick sehr genau der für diesen Augenblick gewünschten Soll-Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte entspricht.

Die Erzeugung des Leistungswinkels θ ist in Fig. 5 gezeigt. Der Zeiger der Verschiebung des Kopfes 14 relativ zur Grundplatte 12 entlang einer bestimmten Achse wie der A'-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 nachfolgend 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 X-Richtung gelegten Signale darstellt. Der Winkel Θ zwischen den Vektoren 70 und 74 stellt den Leistungswinkel zwischen den Eingangssignalen zum Kopf und der augenblicklichen Stellung des Kopfes dar.

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

F i g. 6 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung im Zusammenhang mit einem Synchronmotor, der nach den Prinzipien einer Steuer-¹ schleife arbeilet. Der Synchronmotor und die entsprechende träge Last sind gestrichelt bei 80 gezeigt. Die Eingangssignale werden über Leitungen an den Motor gelegt, die beispielsweise als Leitung 82 angedf utot sind. In der Fig. 6a können die Eingangssignale einen mit A bezeichneten Phasenwinkel aufweisen. Die Signale auf der Leitung 82 sind schematisch als an ein Differenzglied 84 gelegt dargestellt.

to Die Ausgangssignale des Differenzgliedes 84 werden nach einer beschreibenden oder Übertragungsfunktion bewertet, die bei 86 schematisch als Teil des Synchronmotors 80 dargestellt ist. Die Übertragungsfunktion 86 ist als D (Αφή dargestellt, wobei A die

Eingangssignale auf der Leitung 82, D die Übertragungsfunktion ur.djo) eine Frequenzfunktion der auf die Leitung 82 gegebenen periodischen Signale ist. Die Übertragungsfunktion 86 ist in Wirklichkeit nichtlinear, laßt sich aber innerhalb eines bestimmten begrenzten Wertebereiches als eine Konstante K,„ betrachten.

Die durch die Übertragungsfunktion 86 dargestellte Ausgangsgröße stellt eine Kraft dar, die auf den Kopf 14 ausgeübt wird, um eine Verschiebung αό des Kopfes entlang einer bestimmten Achse - wie der X-Achse zu bewirken. Die Umsetzung der Kraft in die Verschiebung \,> ist durch einen Block 83 mit der Funktion Ι/Λ/.s- dargestellt, in der M die Masse des Kopfes, l/.vdas Integral der dem Kopf durch eine Kraft erteilte Beschleunigung, die eine bestimmte Kopfgeschwindigkeit bewirkt, und l/s² ein Doppelintegral der Beschleunigung ist, die eine Verschiebung des Kopfes bewirkt. Innerhalb des Motors 80 ist eine Leitung 90 gezeigt, die eine mechanische Rückführung zur Rückstellung der Feder darstellt, die bei der Bewegung des Kopfes die dem Leistungswinkel fc> entsprechende Kraft ausübt.

und du Kopfmasse in Fi g. 6 beschreibt, läßt sich durch die Gleichung

C(s) = X₀(S)ZA

(9)

wiedergeben, die eine grundlegende Gleichung für Regelsysteme darstellt (vgl. Seite 50 des Buches »Control Engineering« von Gordon Murphy, Boston Technical Publisher, Inc., 1965). In dieser Gleichung ist A = das Eingangssignal des Synchronmotors 80 in Zeigerdarstellung,

.Y₀ = die tatsächliche Verschiebung des Motors 80

relativ zur Grundplatte in Zeigerform, s = eine komplexe variable Funktion und G_h(s) = das Verhältnis der Übertragungsfunktion der Motorverschiebung zu den Eingangssignalen.

Die Gl. (9) läßt sich - entsprechend der Diskussion auf Seite 50 des Buches Gordon Murphy, »Control Engineering«, auch ausdrücken als

G(s)

(10)

Wie oben beschrieben, stellt die beschreibende Funktion D(AJu)) für einen begrenzten Wertebereich

G(s) « KJMs²

(Π)

Km = const.
M = Masse des Kopfes,

l/i² = Doppelintegral zur Umsetzung einer Beschleunigung in eine Verschiebung.

Durch Einsetzen der Gl. (11) in die Gl. (10) erhält man

Ms²

(12)

1 +

Afc²

Fig./ zeigt ein Blockdiagramm für einen Schaltungsteil PAR der in Fig.6 gezeigten Anordnung, der zur Erzeugung einer Zeigerwinkeldrehung dient. Eii. »Zeiger« läßt sich als vektorielle Darstellung des Augenblickwertes eines Parameters wie eines Eingangssignales oder die Verschiebung des Kopfes betrachten.

In der in der Fig.7 dargestellten Ausführungsform kommen die Signale auf zwei Leitungen 90 und 92 von ei:.em Generator 94 (beispielsweise einem Digital-Analog-Resolver). Das Signal auf der Leitung 90 läßt sich als P-cos/? 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 Umkehrstufe 95 gelegt, wo das Signal P-rosß durch Multiplikation mit (-1) in ein Signal (-P- cos/J) umgewandelt wird. Die Signale aus der Umkehrstufe 95 gehen zusammen mit Signalen veränderlichen Amplitude vom Anschluß 98 an Multiplizierglied 96. Diese Signale haben eine veränderliche Amplitude, können eine unabhängige Variable darstellen und lassen sich durch einen Wert U bezeichnen. Die Signale werden zwischen dem Anschluß 98 und einem Anschluß 99 erzeugt, der auf einem geeigneten Bezugspoiential - wie z. B. Massepotential — liegt. Die veränderliche Spannung U ist vorgesehen, um den in Fig.5 gezeigten Leistungswinkel θ zu steuern.

Die Signale aus dem Multiplizierglied 96 lassen sich als UP- cosjS darstellen und gelangen zu einem Addierglied 100, das auch die Signale P ■ sin β von der Leitung 92 erhält. Die Ausgangssignale des Addiergliedes 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, einem Multiplizierglied 104 eingegeben. Die Ausgangssignale des Multipliziergliedes 104 haben die Form UP ■ sin ß. Diese Signale und die Signale von der Leitung 90 gehen an ein Addierglied 106, dessen Ausgangssignal an einen Anschluß 108 gelegt ist.

Die Signale am Anschluß 102 lassen sich als

(JP · sin β - UP · cos β)

darstellen, die Signale am Anschluß 108 analog als
P(cos β + JU ■ sin ß).

eine Konstante K_m dar. Entsprechend läßt sich die Funktion G(s) umschreiben als

Die sich zwischen den Anschlüssen 108 und 102 ergebenden Signale lassen sich darstellen als

^₀ = P(cosß+jsinß) + ÜP(sinß-jcosß) (13)

J = V~-\ zur Darstellung des Phasenabstandes von 90° zwischen den Signalen auf der Leitung 92 za denen auf der Leitung 90, und F₀ = Vektor der zwischen den Anschlüssen 108 und 1Θ2 anstehenden Signale.

mit

Die Funktion des in Fig.7gezeigten Schaltungsteils zur Erzeugung der Zeigerwinkeldrehung ergibt sich aus

der Fig. 7a, in der β den augenblicklichen Winkel der Signale auf den Leitungen 90 und 92 und ό die von der Zeigerwinkeldrehung der Fig.7 erzeugte Phasenverschiebung darstellen. In der Fig.7a ist P die zusammengefaßte Phase der Eingangssignale auf den

Leitungen 90 und 92 und UPder von der Zeigerwinkeldrehung erzeugte Vektor. Der sich aus den Signalen ergebende Vektor zwischen den Anschlüssen 102 und 108 ist als P_n dargestellt. Dieser Vektor ist um einen Winkel d gegenüber dem Vektor der Signale auf den Leitungen 90 und 92 verschoben. Die Signale P_n lassen sich darstellen als

P₀ =

. ρ . _ey is

(14)

wobei der Faktor y TTTP daraus folgt, daß P₀ die Hypothenuse des rechtwinkligen Dreiecks mit den Katheten P und UP ist.

Wie aus F i g. 7a ersichtlich, hängt die Amplitude des Vektors XX P_n vom augenblicklichen Wert des Signals U ab. Diese Veränderlichkeit der Amplitude des vektoriellen Signals Po ist zuweilen unerwünscht, da sie. wenn sie zu groß wird, die verschiedenen Eingangsstufen sättigen kann. Aus F i g. 8 geht eine Zeigerwinkeldrehung hervor, die ein Ausgangssignal Po mit konstanter Amplitude erzeugt. In der in Fig.8 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 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 Umkehrstufe 95 der Fig.7 identisch ist, mit (—1) multipliziert. Die Ausgangssignale der Umkehrstufe 95 laufen zu einem Multiplizierglied 96, das mit dem Multiplizierglied 96 in F i g. 7 identisch ist. Entsprechend ist das Multiplizierglied 104 mit dem Multiplizierglied 104 in Fig.7 identisch. Die Multiplizierglieder % und 104 nehmen die Signale der Anschlüsse 98 und 99 auf, die ebenfalls mit den Anschlüssen 98 und 99 der F i g. 7 identisch sind.

Die Ausgangssignale des Multiplizierglieds 96 liegen an einem Addierglied 110, das auch die Signale eines Multipliziergliedes 112 aufnimmt. Das Multiplizierglicd 112 multipliziert die Signale der Leitung 92 mit den Signalen, die eine Umkehrstufe 116 in Form eines Wurzelgliedes aus den Signalen U zwischen den Anschlüssen 98 und 99 erzeugt. Die Ausgangssignale der Umkehrstufe 116 lassen sich darstellen als ^l — U². Entsprechend multipliziert ein Multiplizierglied 114 die Signale von der Leitung 90. und die Signale von der Umkehrstufe 116 und gibt sie auf ein Addierglied 118. wo sie zu den Signalen des Multipliziergliedes 104 addiert werden. Die Ausgangssignale der Addierglieder 110 und 118 liefen an den Anschlüssen 120 bzw. 122.

Die Signale Pa zwischen den Anschlüssen 120 und 122 haben eine konstante Amplitude, wie F i g. 8a zeigt. Die

Signale. Ä wenden aus zwei um 90° verschobenen Vektoren erzeugt, von ■ denen einer 4en Wert (^l — L*²" - fl,) und der- andere den Wert UK hat Das resultierende Signal fl> läßt sich ausdrücken als

Da die von der aus Fig.8 hervorgehenden Zeigerwinkeidrehens erzeugten Signale F₀ trotz veränderlicher Spannung U eine konstante Amp'itude haben, können sie diejenigen Eingangsstufen, die den Betrieb des Synchronmotors steuern, nicht sättigen.

Fig.9 zeigt in Form eines Blockdiagramms eine der in Fig.6 gezeigten ähnliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, jedoch zusätzlich mit einem Beschleunigungseingang, der mit X(s) bezeichnet ist. Diese Signale werden auf der Leitung 130 erzeugt, mit einem Faktor K bewertet und in der bewerteten Form einem Addierglied 132 eingegeben, das sie zu den Signalen von einer Leitung 134 addiert, die eine gewünschte Verschiebung x(s) darstellen. Die Ausgangssignale des Addiergüedes 132 werden auf den Motor 80 gegeben, der ebenfalls in Fig.6 gezeigt ist. Der Motor 80 ist als Funktion

G„(s)

nach Gl. (12) dargestellt. Die Verschiebung des Motors relativ zur Grundplatte entspricht der Größe X₀(J). Die Eingangsgröße A(s) zum Motor 80 läßt sich darstellen als

A\s) = x.+Kx, = (1

(16)

wobei s² eine doppelte Differentiation darstellt. Weiterhin, wie aus Fig. 10 ersichtlich, gilt

(Π)

Indem in die Gl. (17) die Werte für G,(s) und A (s) eingesetzt werden, ergibt sich

Afc²

+ 1

(18)

Wie aus der Gleichung 18 ersichtlich, nähert sich die tatsächliche Verschiebung \φ) des Kopfes der gewünschten Verschiebung x(s) entsprechend den am Kopf liegenden Eingangssignalen um so mehr, je genauer K gleich M/K„, wird. Es ist wünschenswert, daß die Ist-Verschiebung in jedem Augenblick der für diesen Augenblick gewünschten Soll-Verschiebung nahekommt oder ihr gleich ist. Es isi daher vorteilhaft, wenn über die Leitung 130 in Fig.9 eine Eingangsgröße eingeht, die der erlaubten Soll-Beschleunigung des Kopfes in jedem Augenblick entspricht. Dieser Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß eine Einstellung des Verwertungsfaktors K für die Soll-Verschiebung einen flexiblen Betrieb des Synchronmotors erlaubt, da sich damit die Isi-Vcrschiebung des Kopfes der Soll-Ver- ■Schiebung annähern läßt, indem man den Faktor K •optimal relativ zum Wert M/K_m einstellt. Jedoch kann die Ausführungsform der Anordnung nach Fig.9 zu Schwierigkeiten führen, wenn keine idealen Bedingun-

s gen vorliegen. Wenn z. B. der Kopf des Synchronmotors zu schwingen anrängt, lassen sich diese Schwingungen mangels geeigneter Mittel in der Anordnung nach F i g. 9 nicht dämpfen. Wie einzusehen ist, können solche Schwingungen infolge einer Vielzahl von Faktoren auftreten — beispielsweise infolge von auf den Kopf aufgebrachten Störungen.

F i g. 9a zeigt eine Anordnung, die mit Digitalsignal gesteuert wird, der Anordnung nach F i g. 9 entspricht und auf der DE-PS 21 23 872 basiert Die Anordnung weist eine Leitung 140 auf, an der digitale Signale stehen, die die Teilschritte der gewünschten Verschiebung x(s) darstellen, während die Signale auf «;iner Leitung 142 den Inkrementen der gewünschten Beschleunigung des Kopfes entsprechen. Die Signale auf der Leitung 142 werden mit dem Faktor K bewertet und in einejn digitalen Addierer 144 zu den Si⁰HaICn der Leitung 140 addiert Die Signale gelangen dann an einen Digital-Analog-Resolver 146, der zwei um 90° verschobene Signale — beispielsweise ein S.nus- und ein Cosinussignal - erzeugt, die die Eingangssignale des Synchronmotors darstellen.

Fig.9b stellt schematisch in Form eines Blockdiagramms eine Analogausführung der Anordnung der F i g. 9 dar. In der in F i g. 9b gezeigten Ausführungsform werden digitale Signale, die die Inkremente einer Soll-Verschiebung X, darstellen, auf einen Digital-Analog-Resolver 148 und digitale Signale, die den Inkrementen der Soll-Beschleunigung Xi entsprechen, auf einen Digital-Analog-Umsetzer 150 gegeben. Die

3j Stufe 152 bewertet die Ausgangssignale des Umsetzers 150 mit dem Faktor K und gibt sie auf einen Schaltungsteil 154 zur Erzeugung einer Zeigerwinkeldrehung 154, der auch die Ausgangssignale des Resolvers 148 erhält Der Schaltungsteil 154 kann auf gleiche

Weise aufgebaut sein wie der der F i g. 7 und 8.

Fig. 10 zeigt eine Anordnung mit geschlossener Regelschleife zwecks Erzielung einer verbesserten Steuerung. In der Anordnung der Fig. 10 liegen die Signale, die die Soll-Verschiebung xjs) darstellen, auf einer Leitung 160 und die der Soll-Beschleunigung x(s) entsprechenden Signale auf einer Leitung 162. Die Signale auf der Leitung 162 werden in einer Stufe 164 mit dem Faktor K bewertet und einen Komparator 166 eingegeben. Die Signale des Komparator 166 werden einem Addicrglied oder einem Schaltungsteil zur Erzeugung einer Zeigerwinkeldrehung eingegeben (vergl. 7 und 8). das bzw. der sie mit den Signalen xi(s)a\i\ der Leitung 160 verknüpft.

Die Ausgangssignale des Addiergliedes 168 laufen zu

einem Synchronmotor 170, der dem oben beschriebenen Synchronmotor entspricht Die resultierende Verschiebung des Kopfes relativ zu der Grundplatte in dem Synchronmotor wird erfaßt und in Signale umgewandelt, die der Verschiebung χφ) entsprechen. Die die Verschiebung χφ) des Kopfes darstellenden Signale liegen auf der Leitung 172 und werden doppelt differenziert (vergl. »s²« in Fig. 10), um Signale zu erhalten, die die Ist-Beschleunigung Χφ) des Kopfes, relativ zur Grundplatte, darstellen. Alternativ läßt sich auf dem Kopf ein Akzelerometer vorsehen, das direkt Signsle liefert, die der Ist-Beschleunigung Xa(s) des Kopfes relativ zur Grundplatte entsprechen- Die Beschleunigungssignale werden sodann mit einem

Faktor Ko bewertet und dem Komparator 166 eingegeben. Der Komparator 166 gibt dem Addierglied 168 Signale ein, die der Differenz zwischen der Soll-Beschleunigung x(s) und der Ist-Beschleunigung Xa(s) entsprechen. Diese Differenzsignale stellen Fehlersignale dar, die den Leistungswinkei steuern, den das Addierglied 168 liefert

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

A(s) = x^+Kx^s) -K₀X₀. (19)

Diese Gleichung läßt sich schreiben als

A (S)=X₁(s) +Ks² X₁(S)-K₀S¹X₀. (19a)

Da A(s) = X₀(S)ZG₁₁(S) ist (vgl. GL (17)), gut

X₀(SVG₁₁(S) = (Ks² +1) χ, - Κ.*²X₀. (19b)

Durch Umstellung der Tenne ergibt sich

(19c)

ίο

Durch Einsetzen des Ausdrucks für G_h(s) der Gl. 12 folgt:

Ks²+! _ Ks² + ! ₍₂₀₎

Istgeschwindigkeit χ& des Kopfes darstellen. Alternativ läßt sich auf dem Kopf ein Akzelerometer vorsehen, das der Istbeschleunigung X₀ des Kopfes entsprechende Signale liefert, die dann integriert werden, um der Istgeschwindigkeit X₀ des Kopfes entsprechende Signale zu erhalten.

Die Signale auf der Leitung 200 Tassen sich erzeugen, indem die Istverschiebung X₀ des Kopfes darstellende Signale auf eine Leitung 202 gegeben werden. Diese Signale werden in der Stufe 204 differenziert, deren Ausgangssignale die Istgeschwindigkeit X₀ des Kopfes darstellen, und in einer Stufe 206 mit dem Faktor f₀ bewertet

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

20 A(S) = _Xi(s) +Kx₁(S)+f_Xi-f_oX} Gl. (21) läßt sich umschreiben zu

A(s)=x_i+Ks²x_l+fsx,-f₀sx₀

25

A (s) = (Ks² +fs +1) x, -J₀SX₀.

(21)

(21a) (21b)

Da nach Gl. (17) A(s) = Xo(s)/G_h(s) ist, gut:

30

Aus einem Vergleich der Gleichungen 20 und 18 folgt, daß dem Nenner der Term ATo hinzugefügt wurde, indem die Beschleunigungssignale aü/sJzu dem Addierglied 168 rückgeführt wurden. Indem der Te. m Ko aufgenommen wird, wird die Resonanzfrequenz der dem Kopf entsprechenden Masse herabgesetzt, da die virtuelle Masse des Kopfes erhöht wird. Eine Senkung der Resonanzfrequenz des Kopfes ist erwünscht, da diese dann niedriger ist als die Frequenzen, bei denen Störungen gewöhnlich auftreten. Durch Aufnahme des Terms K₀ erhöht sich außerdem die Flexibilität d«r Steuerung des Synchronmotors 170, so daß die Istverschiebung Xq(s) des Kopfes der Sollverschiebung x(s) des Kopfes weiter angenähert werden kann. Wie bereits für die Ausführungsform der F i g. 9 angegeben, bewirkt die Aufnahme eines zusätzlichen Terms wie des Terms Ko eine A nnäherung der Istverschiebung Abides Kopfes an die Sollverschiebung x(s) unter der Annahme idealer Bedingungen, d. h. wenn dem Kopf keine Störungen aufgezwungen werden.

F i g. 11 zeigt ein Anordnung mit einer Regelschleife, bei der 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 ein Addierglied 184 gegeben, das auch auf der Leitung 186 die Sollbeschleunigung λγ, darstellende Signale erhält, nachdem sie in einer Stufe 186 mit dem Faktor K bewertet wurden.

Die Signale vom Addierglied 184 gelangen zu einem Addierglied 190, ebenso die Signale aus einem Komparator 192. Letzterer erhält auf der Leitung 194 Signale, die die Sollgeschwindigkeit ^, des Kopfes relativ zur Grundplatte darstellen, nachdem sie in der Stufe 196 mit einem Faktor /"bewertet wurden. Der Komparator 192 erhält weiterhin über die Leitung 200 Signale, die die [fos +

\x_o = (Ks²+fs + l)x_l, (21c) KJ+fs+l

Die in F i g. 11 gezeigte Anordnung läßt sich unter allen Bedingungen, d. h. auch unter äußeren Störungen und bei unvollkommenen Motorelementen — stabil halten. Diese Stabilität wird-?rreick*. durch Rückführung von die Istgeschwindigkeit xo des Kopfes darstellenden Signalen zum Motoreingang. Weiterhin können Signale, die die Sollgeschwindigkeit x, des Kopfes darstellen, zusammen mit den die Istgeschwindigkeit xo des Kopfes darstellenden Signalen einem Komparator 192 eingegeben werden, so daß dessen Ausgangssignale der Differenz zwischen Soll- und Istgeschwindigkeit entsprechen. Diese Differenzen stellen Fehler dar, d. h. z. B. Schwingungen des Kopfes. Die Fehlersignale werden so auf einem Addierglied eii.gegeben, daß sie sich aufheben. Indem man die Fehlersignale dem Addierglied 190 eingibt, steuert der Komparator 192 den von dem Addierglied gelieferten Leistungswinkel Θ. Auf diese Weise werden in der Anordnung der F i g. 11 Schwingungen des Kopfes gedämpft

Die Ausführungsform der Fig. 12 entspricht der in F i g. 11 gezeigten, außer das eine zusätzliche Rückführung für die Verschiebung des Kopfes, relativ zur Grundplatte darstellende Signale xo vorgesehen ist. Diese Signale liegen auf der Leitung 202 und laufen zu einem Komparator 210 zurück, wo sie mit den Signalen x(s), die die Sollverschiebung des Kopfes relativ zur Grundplatte darstellen, verglichen werden. Die Ausgangssignale des Komparators 210 stellen Verschiebungsfehler des Kopfes dar. Sie werden in einer Stufe 212 mit dem Faktor K- bewertet und in einem Addierglied 214 mit den Ausgangssignalen des Addierglieds 184 verknüpft. Die resultierenden Signale gehen

dann zu dem Addierglied 190.

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

(22)

A(s)=.

und umschreiben zu

A (s) = Iq + As²X, + fsXj - /o«b +Kx₁-

(22a)

Nach Umstellung der Tenne in Gl. (22) folgt:

A(s) = (Ks² +fs + k, + 1) Xi - (f_os + K_e) X₀.
Da A(s) = X₀(S)IG₁₁(S) ist (Gl. 17), folgt

-Z^ + (f_os + K_e) X₀ = (Ks² +fx+K. +1) Xi.

(22b)

Durch Einsetzen des Ausdrucks für G_h(s) aus Gl. 12 ergibt sich

(f_os + K_f + ^- s² + \) X₀ = (Ks²+fs+K_r + 1) x,

\ **m s

(22c)
(22d)

und damit

X₀ _

ψ s² +f_os + K, + 1

Die in der Fig. 12 gezeigte Anordnung bietet eine noch bessere Flexibilität gegenüber der Anordnung der F i g. 11. Dies folgt aus der Tatsache, daß die Gleichung 22d der Gleichung 21c entspricht, außer daß im Zähler und Nenner des Ausdrucks der Gl. 12 noch der Term K_e vorliegt. Indem der Term K₂ in den Zähler und Nenner der Gleichung 22d aufgenommen wird, läßt sich der Wert /C₁ in geeigneter Weise so auswählen, daß die Istverschiebung \,> des Kopfes unter verschiedenen Betriebsbedingungen Uli die Sollverschwbung a, des Kopfes herankommt. Durch Aufnahme des Terms K_c in den Zähler und den Nenner der Gleichung 12 liegt ein weiterer Term vor. dessen Wert sich so einstellen läßt, daß sich eine stabile Rcgelschtufe ergibt.

Die Fig. 13a bis 13g zeigen eine Reihe von Ausführungjformen der ei-findungsgemäßen Anordnung mit Geschwindigkeitsrückführung, um eine Dämpfung der Bewegung des Kopfes zu erreichen. Die in den Fig. 13a bis 13g gezeigten Ausführungsformen stellen verschiedene digitale und analoge Anordnungen mit Rückführung der augenblicklichen Istgeschwindigkeit des Kopfes dar. Weiterhin können in den Anordnungen der Fig. 13a bis 13g Signale, die Funktionen der SoII- und der Istgeschwindigkeit des Kopfes sind, einem Komparator eingegeben werden, um Signale abzuleiten, die eier Differenz zwischen diesen Funktionen entsprechen. In den Anordnungen der Fig. 13a bis 13g lassen sich weiterhin verschiedene Kombinationen der Sollverschiebung, -geschwindigkeit und -beschleunigung auf den Synchronmotor geben, um dessen Leistungswinkel zu steuern. In den Anordnungen der Fig. 13a bis 13g lassen sich die die Funktionen der Istgeschwindigkeiten des Kopfes darstellenden Signale erzeugen, indem man Signale *₀ erzeugt, die die Istbeschleunigung des Kopfes darstellen, und diese ein- oder zweimal integriert, um Signale zu erhalten, die die Istgeschwindigkeit x₀ bzw. die Istverschiebung x₀ darstellen.

Die in Fig. 13a gezeigte Ausführungsform arbeitet auf digitaler Basis, wobei die Inkremente einer Sollverschiebung */, einer Sollbeschleunigung Kx-, und einer Sollgeschwindigkeit fx, auf den Synchronmotor

ίο und insbesondere dessen bewegliches Glied, gegeben werden. Die die Inkremnete von x;und ^,darstellenden Signale werden in einem Addierglied 220 verknüpft. Die die Inkremente der Sollgeschwindigkeit fx-, darstellenden Signale werden in einem Differenzglied 222 mit

is Signalen verknüpft, die Inkremente der Istgeschwindigkeit /o*o darstellen. Es ergeben sich Signale, die Inkremente des Fehlers zwischen der Ist- und der Sollgeschwindigkeit des Kopfes darstellen. Diese Fehlersignale werden auf einer Leitung 224 einem Addierglied 226 eingegeben, das sie ?um Ausgangssignal des Addiergliedes 220 addiert. Ds«· Ausgangssignal gelangt zu einem Digital-Analog-Resolver 228, dessen Analog-Ausgangssignal auf den Synchronmotor gegeben wird.

In der in Fig. 13b gezeigten Ausführungsform liegen nur Signale vor, die digitale Inkremente der Sollverschiebung Xi und der Sollbeschleunigung x, des Kopfes darstellen. Die die Sollbeschleunigung x, darstellenden Signale werden mit dem Faktor k bewertet und einem Addierglied 230 eingegeben, das sie zu den Signalen addiert, die Inkremente der Sollverschiebung x; des Kopfes darstellen.

Die die Inkremente der Sollbeschleunigung Jr, darstellenden Signale werden weiterhin einem Komparator 232 eingegeben, der sie mit den Signalen verknüpft, die Inkremente der Istbeschleunigung x₀ des Kopfes darstellen. Die Ausgangssignale des Komparators 232 stellen Inkremente des Fehlers zwischen der Soll- und der Istbeschleunigung des Kopfes dar. Oiese Fehlersignale integriert eine Stufe 234, und nach einer Bewertung mit dem Faktor f gelangen sie zu einem Addierglied 236, das ihnen die Ausgangssignale des Addiergliedes 230 hinzuaddiert. Die Ausgangssignale des Addiergliedes 236 werden auf einen Digital· Analog-Resolver 238 gegeben, der die Digital- zu Analogsignalen umsetzt, damit sie auf den Synchronmotor gegeben werden können.

In Fig. 13c ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt, die teils digital, teils analog aufgebaut ist. Digitale Signale, die die Inkremente der Sollverschiebung x, und der Sollbeschleunigung Xi des Kopfes darstellen, werden einem Addierglied 24C eingegeben, nachdem die x/ darstellenden Signale mit einem Faktor k bewertet wurden. Die Ausgangssignalc des Addiergliedes 2<M) gelangen zu einem Digital-Analog-Resolver 242, der sie in die analoge Form umsetzt. Die Analogsignale aus dem Resolver 242 werden sodann einem Schaltungsteil 244 eingegeben, der den Leistungswinkel B s'auert. Diese Signale liegen dann am Motor und bewirken eine Verschiebung des Kopfes relativ zur Grundplatte.

Sodann werden vom Kopf her analoge Signale geliefert, die als xo bezeichnet sind und die Geschwindigkeit des Kopfes angeben. Diese Signale werden mit dem Faktor f₀ bewertet und einem Komparator 246 eingegeben, in dem sie mit den Signalen /x, verknüpft werden, die die Sollgeschwindigkeit des Kopfes relativ zur Grundplatte darstellen. Die Signale aus dem

Komparator 246 stellen Fehlersignale dar, die den Differenzen zwischen den Soll- und den Istgeschwindigkeiten des Kopfes entsprechen. Diese Signale werden dem Schaltungsteil 244 eingegeben, um einen Teil des von letzterem gelieferten Leistungswinkels zu steuern und die Bewegung des Kopfes zu dämpfen.

Die in Fig. 13d gezeigte Anordnung stellt eine Abänderung der in Fig. 13c gezeigten dar. In der in Fig. 13d gezeigten Anordnung werden die X, darstellenden Signale auf einen Digital-Analogresolver 250 gegeben, der sie in die analoge Form umsetzt. Die Analogsignale gelangen zu einem Komparator 252, wo sie mit analogen Signalen Xo verknüpft werden, die der Beschleunigung des Kopfes, relativ zur Grundplatte entsprechen. Die Fehlersignale des Komparator 252 werden in der Stufe 254 integriert, deren Ausgangssignale der Differenz zwischen den 1st- und Sollgeschwindigkeiten des Kopfes, entsprechen. Die Fehlersignale der Stufe 254 werden mit dem Faktor f₀ bewertet und einem Schaliurigsici! 255 eingegeben, um den Lcistungswinkel zu steuern. Dieser Schaltungsteil 256 entspricht dem Schaltungsteil 244 der F i g. 13c.

Die Ausführungsform der Fig. 13e arbeitet ebenfalls teils analog und teils digital. Hier werden die digitalen Signale x_h die die Inkremente der Sollverschiebung des Kopfes darstellen, auf einen Digital-Analog-Resolver 260 gegeben, der sie in Analogsignale umwandelt, und sie gelangen dann in Analogform zu einem Schaltungsteil 262, um den Leistungswinkel θ zu steuern. Digitale Signale, x» die Inkremente der Sollbeschleunigung des des Kopfes darstellen, werden in einer Stufe 264 analogisiert und in einem Komparator 266 mit Signalen Xo verglichen, die die Istbeschleunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte darstellen. Die Ausgangssignale, die den Beschleunigungsfehlern entsprechen, werden in den Geschwindigkeitsfehlern entsprechende Signale umgesetzt und über ein Addierglied 268 dem Schaltungsteil 262 eingegeben, wie es für die Ausführungsform der Fig. 13d erläutert wurde. Die die Istbeschleunigung darstellenden Signale werden mit dem Faktor k bewertet und über das Addierglied 268 dem Schaltungsteil 262 eingegeben.

Die in Fig. 13f gezeigte Ausführungsform stellt ein vollständig analog arbeitende Anordnung dar, bei der die Sollverschiebungssignale x, direkt einem Schaltungsteil 270 eingegeben werden, um den Leistungswinkel θ zu erzeugen. Entsprechend werden die Analogsignale, die die Sollbeschleunigung jC, des Kopfes darstellen, direkt auf einerr Komparator 274 eingegeben, mit dem Faktor k bewertet und gelangen dann zu einem Addierglied 276. Die Ausgangssignale des Komparators 274 werden auch integriert und dann dem Addierglied 276 eingegeben. In jeder anderen Hinsicht ist die Anordnung der Fig. I3f mit der Anordnung der Fi g. 13e im wesentlichen identisch.

Die Ausführungsform der F i g. 13g arbeitet ebenfalls vollständig analog. In dieser Ausführungsform werden Analogsignale, die die Sollverschiebung x, des Kopfes darstellen, einem Schaltungsteil 280 eingegeben, um den Leistungswinkel θ zu steuern. Die die Sollgeschwindigkeit Xj des Kopfes darstellenden Signale werden mit dem Faktor / bewertet und einem Komparator 282 eingegeben, der sie mit Analogsignalen vergleicht, die — nach einer Bewertung mit dem Faktor Fs — der Istgeschwindigkeit X₀ des Kopfes entsprechen. Die vom Komparator 282 erzeugten Fehlersignale gelangen zu einem Addierglied 284, das sie zu den Signalen addiert, die der Sollbeschleunigung x, des Kopfes, bewertet um einen Faktor k, entsprechen. Die Ausgangssignale des Addiergliedes 284 gelangen sodann zum Schaltungsteil 280, wo sie den Leistungswinkel steuern.

Die F i g. 14 zeigt eine Anordnung zur Steuerung des Kopfes relativ zur Grundplatte entlang eines Paares von Koordinatenachsen, z. B. die X· und die K-Achse. Die Anordnung der Fi g. 14 dämpft auch eine Drehung des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine Achse, die zu der von der X- und der V-Achse aufgespannten

ίο Ebene senkrecht liegt. Bei der Anordnung der Fig. 14 liegen auf den Leitungen 300 und 302 zwei digitale Signale, die die positiven oder negativen Inkremente der Sollverschiebung x, des Kopfes darstellen. Diese Signale werden vom Digital-Analog-Resolver 304 in Analogsignale umgesetzt, die der Sollverschiebung des Kopfes entlang der x-Achse 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 einem Psar Schsitungstcüc 306, 308 z\sr Erzeugung einer Zeigerwinkeldrehung eingegeben.

Digitale Signale, die Inkremente der Sollbeschleunigung "av des Kopfes entlang der X-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 Kopfes in /f-Ridti'jr.g entsprechen. Alternativ könne Signale, die

jo Inkremente der Sollgeschwindigkeit *,· darstellen, auf der Leitung 316 vorliegen und durch einen Konverter 318 analogisiert »erden. Die Ausgangssignale des Konverters 318 oder des Integrators 314 werden einem Addierglied 320 eingegeben, der sie zu den Ausgangs-

Ji Signalen des Konverters 312 addiert, die die Sollbeschleunigung darstellen.

Die Ausgangssignale des Addiergliedes 320 werden einem Komparator 322 eingegeben, dessen Ausgangssignal um den Faktor k bewertet wird, und dann zu

einem Tor 323 geleitet 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 einen Komparator 326 laufenden Signale darstellt Diese Signale erzeugt ein vom Kopf 330 getragenes Akzelerometer 328, um die Beschleunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte in X-Richtung zu erfassen. Die vom Kondensator 324 im Komparator 326 erzeugte Vorspannung gleicht Fehler aus, die in den vom

so Akzelerometer 328 gelieferten Signalen vorliegen können, wenn die Grundplatte nicht genau waagerecht liegt

Die Ausgangssignale des Akzelerometers 328 werden in der Stufe 332 mit dem Faktor k bewertet und gelangen dann zum Komparator 326, das die Vorkomponente der Akzelerometersignale durch Subtraktion heraushebt Dies ist die Aufgabe der am Kondensator 324 liegenden Spannung. Nach dem Durchlaufen des Komparators 326 werden die Signale in der Stufe 334 integriert und einem Komparator 322 eingegeben, um die Amplitude der den Komparator durchlaufenden Signale zu steuern. Die Ausgangssignale des Komparators 332 werden einem Addierglied 336 und einem Komparator 338 eingegeben.

Die für die y-Achse vorgesehenen Stufen entsprechen denen für die XAchse. Unter diesen Stufen befindet sich ein Paar Schaltungsteile 340 und 342, die den Schaltungsteilen 306 und 308 entsprechen. Die

Ausgaiigssigiialc der Sihallungsleile 340 ιιικί .142 «οι Jen über I leibersiuleii auf ilk· Wicklungen der Λιιιι icbsvoi richtungen 341 und 343 gegeben, die ilen Magneten 20 uiui 22 der F i g. 2 einsprechen. Diese Anincb-aoniihtungen 341 und 343 bewirken die Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte in V-Richtung. Unter den Stufen für die Y'-Richlung beliut!, sich weiterhin ein Addierglied 344 und ein Komparator 34h. ilie dein Addierglied 336 und dem komparator 338 für die .Y-Richluug entsprechen.

Weiterhin ist an gegenüberliegenden linden des Kopfes 330 ein Paar Akzeleromeier 348 und 350 vorgesehen, die die Beschleunigung des Kopfes relativ /■in- Grundplatte in Y'-Richlung erfassen. Die Ausgangssignale des Akzelerometer 348 und 350 haben gleiche Auiplitudeii. wenn die gegenüberliegenden Finden des Kopfes 330 der gleichen Beschleunigung in Y'-Richlung ausgesetzt sind. Wenn jedoch tier Kopf 330 sich relativ yiir C-TlUvJ¹¹Ui¹.!*-* U!!! '.*!!!'.' ΛλΦ.Ηϊ.* drehen *V!Ü, αϊ'- */!! '.!*?!* von der V- und der Y-Achse aufgespannten Ebene im wesentlichen senkrecht verläuft, liefert das Ak/eleronieter 348 ein anderes Signal als das Akzelerometer 350. Die Differenz zwischen den von den Akzeleromelern 348 und 350 geliefcricn Signalen stell! die Drehbeschleunigiing des Kopfes relativ zur Grundplatte tun eine Achse dar. die zu der von der .V- und der V-Achsc aufgespannten F.bcnc im wesentlichen senkrecht steht.

Die Ausgangssignale der Ak/eleromeier 348 und 350 werden jeweils mit dem Faktor k bewertet und einem •\ddierglied 352 eingegeben, das sie addiert. Das Atisgu 'gssignal des Addiergliedes 352 entspricht dem Mitielwcrt der Ausgangssignale der Akzeleronieter 348 und 350 und der Beschleunigung des Kopfes relaliv zur Grundplatte in V-Richtuiig. Die Ausgangssignale des Adilierglicdcs 352 werden einem Komparator 354 eingegeben, der dem Komparator 32h für die A-Richtung entspricht. Weiterhin erhält der Komparator 354 Signale aus einer Korrekiurschlcifc zum Ausgleichen von Signalfelilern. die auf der Abweichung der Grundplatte von ihrer horizontalen Ausrichtung beruhen, entsprechend der Korrekiurschlcifc aus dem Tor 323. ilem Kondensator 324 und dem Komparator 326 für die Λ-Richtung.

Die Korrekturschleife für die Y-. Λ- und Drehachse einhalt ein Tor 356. das Signale aus einem invertierenden Verstarker 350 erhält. Der Inverter 358 erhall seinerseits aus dem Computer ein logisches Signal mil niedriger Amplitude, das die stationäre Lage des Kopfes relativ zur Grundplatte bewirkt und auf eine hohe Amplitude springt, wenn der Befehl zur Bewegung des Kopfes erteilt wird. Da diese Signale vom Verstärker 358 invertiert werden, schließt das Tor 356 und läßt nur dann Signale hindurch, wenn der Computer befiehlt, den Kopf festzuhalten. Wenn das Tor 356 schließt, lauft aus einem Komparator 360 ein Signal durch das Tor. das die Sehwerkraftkomponente und andere Beschleunigungs-

fehler darstellt, und ladt den Kondensator 3hl.

Auf diese Weise erzeugt die Korreklurschleife bei jeder Bewegung des Kopfes relativ zur !'latte ein Signal mil einem konstanten Term, der der Spannung entspricht, die die Schleife beim letzten Stillstand des Kopfes erzeugte, indem man eine Korrekturschleife zur Urzeugung einer Vorspannung für den Komparator 354 vorgesehen wird, gegen die dieses durchlaufenden Signale nur die tatsächliche Beschleunigung des Kopfes relaliv zur Grundplatte wieder. Auf diese Weise werden Fehler eliminiert, die eine nicht horizontale Ausrichtung der Grundplatte verursacht.

Die Signale der Akzcleronieter 348 11 ml 350 werden weiterhin einem Komparator J62 eingegeben, der die Differenz zwischen den Amplituden der beiden Beschleuuigungssignale hindurchliiLU. Diese Ampliiudendifferenz. stellt diejenige Komponente der Beschleunigung dar, die sich aus der Drehung d'\s Kopfes relaliv /!!Γ Griini.jnUilli." iim ·_■!"'.' Achse ergib!, die !!'.!

wesentlichen senkrecht /i\ der von der -V und der V·Achse aufgespannten Ebene verläuft. Das Ausgangssignaldcs !Comparators 362 geht an eine Offsei-Korrek-(urschlcilc 364. die auf ähnliche Weise, wie oben erläutert. Fehler kompensiert, tlie eine nicht horizontale Ausrichtung der Grundplatte verursacht.

Die resultierenden, die Offset-Korreklurschleife 364 durchlaufenden Akzeleronietersignale werden bei 366 integriert. Ks ergeben sich Signale, die der Drehgeschwindigkeit des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine Achse enisprechen. die zu der von der A- und der Y'-Arhse aufgespannten Fbene im wesentlichen senkrecht liegt. Die Signale aus dem Integrator 366 gehen an ein Addierglied 336 und den Komparator 338. Die Ausgangssignale des Integrators 366 werden im Addierglied 336 zu den Ausgangssignalcn des Komparators 322 addiert und im Komparator 338 von den Ausgangssignalen des Komparator 322 subtrahiert.

Sodann werden die Ausgangssignale des Addierglieds 336 an den Schaltungsteil 306 gelegt, um den von diesem erzeugten Leisiungswinkel H zu steuern. Entsprechend laufen die Ausgangssignale des Komparator 338 zum Schallungsteil 308. um den von diesem erzeugten Leistiingswinkcl zu steuern.

Auf diese Weise werden die LeisUingswinkel der von den Schaltungstcilcn 306. 308 erzeugten Signale so gesteuert, daß eine Drehung des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine Achse, die im wesentlichen senkrecht zu der von der X- und der V-Achse aufgespannten Ebene liegt, unterbunden wird. Eine entsprechende Steuerung ist für die l.eistungswinkel der Ausgangssignale der Schaltungsieilc 340 und 342 für die V-Achse vorgesehen, um eine Drehung des Kopfes relativ zur Grundplatte um die im wesentlichen senkrecht zu der von der X- und der Y'-Achse aufgespannte Ebene liegende Achse weiter zu verhindern.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung einer Relativbewegung zwischen dem feststehenden und dem beweglichen GHed eines zweiphasigen, synchronen Antriebssystem, mit einer Signaleinrichtung für zwei periodische, in einer bestimmten Phasenbeziehung zueinander stehender elektrischer, die Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Gliedes bestimmender Signale, die eine Erregereinrichtung steuern, die das bewegliche Glied derart speist, daß es eine synchron zu den elektrischen Signalen verlaufende stetige Bewegung ausführt, gekennzeichnet durch zwischen der Signal- und der Erregereinrichtung eingefügte Phasenverschiebungseinrichtung, der ein von Soll- und Istwerten der Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des beweglichen Gliedes abhängiges Steuersignal zur Phasenverschiebung der peric dischen Signale unter Aufrechterihahung ihrer gegenseitigen Phasenbeziehung zugeführt ist, und daß innerhalb der Phasenverschiebungseinrichtung die beiden elektrischen Signale jeweils auf erste Eingänge zugehöriger Addierglieder (100, 106) geführt sind, deren zweite Eingänge mit dem Ausgang eines jeweils zugehörigen Multipliziergliedes (96, 104) verbunden sind, wobei dem ersten Eingang des ersten Multipliziergliedes (104) das zweite elektrische Signal direkt und dem ersten Eingang des zweiten Multipliziergliedes (96) das erste elektrische Signal über eine Umkehrstufe (95) /umführt, die zweiten Eingänge der Multiplizierglicder mi? dem Steuersignal beaufschlagt und die Ausgänge der Addierglieder (100, 106) mit der Erregercinrichtu;»" verbunden sind (Fig. 7).

2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebungseinrichtung einen Digital-Analog-Resolver (242) und eine nachgeschaliete Schaltstufe (244) zur Erzeugung einer Zeigerwinkeldrehung aufweist, der vom Digital-Analog-Resotver (242) ein Analogsignal und von einem Komparator (246) ein Differenzsignal zugeführt sind, das aus dem die Ist-Geschwindigkeit Xo(s)des beweglichen Gliedes relativ zum feststehenden Glied darstellenden und mit einem Faktor f_n bewerteten Signal und aus dem die Soll-Geschwindigkeit x{s) des beweglichen Gliedes relativ zum feststehenden Glied darstellenden und mit einem Faktor /"bewerteten Signal gebildet ist (F ig. 13c).

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltstufe (256) vom Komparator (252) ein in einer Integrierstufe (254) integriertes und in einer letzteren nachgeschalteten Bewertungsstufe mit einem Faktor /ö bewertetes Differenzsignal zugeführt ist. das gebildet ist aus dem die Soll-Beschleunigung x'fs) des beweglichen Gliedes relativ zum feststehenden Glied darstellenden und dem Komparator (252) über einen Digital-Analog-Resolver (250) zugeführten Signal und aus dem die Ist'Beschleunigung Xo(s) des beweglichen Gliedes relativ zum feststehenden Glied darstellenden Signal (F i g. 13d).

4. Anordnung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Bewertungsstufe (fn) und die Schaltstufe (262) ein Addierglied (268) geschaltet ist, das das integrierte und mit dem Faktor fn bewertete Differenzsignal und das vom Digital-Ana-Iog-Resolver (264) abgegebene, die Sollbeschleunigung X{s) des beweglichen Gliedes relativ zum feststehenden Glied darstellende und in einer Bewertungsstufe mit dem Faktor Ar bewertete Analogsignal addiert und das Summensignal der Schaltstufe (262) zuführt (F i g. 13e).

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebungseinrichtung eine Schaltstufe (270) zur Erzeugung einer Zeigerwinkeldrehung aufweist, der das die Soll-Verschiebung x(s) darstellende Analogsignal und von einem Addierglied (276) ein Summensignal zugeführt ist, das aus dem die Soll-Beschleunigung k'fs) des beweglichen Gliedes relativ zum feststehenden Glied darstellenden Signal nach Bewertung mit einem Faktor A: in einer Bewertungsstufe und aus einem in einer Integrierstufe integrierten und in einer letzterer nachgeschalteten Bewertungsstufe mit dem Faktor /& bewerteten Differenzsignal gebildet ist, das in einem Komparator (274) aus dem die Soll-Beschleunigung x(s) des beweglichen Gliedes relativ zum feststehenden Glied darstellenden Signal und dem die Ist-Beschleunigung x'o(s)des beweglichen Gliedes relativ zum feststehenden Glied darstellenden Signal gebildet ist (13/Jl

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltstufe (280) vom Addierglied (284) ein Signal zugeführt ist, das aus dem die Soll-Beschleunigung x{s) des beweglichen Gliedes relativ zum feststehenden Glied darstellenden und in der BewertungsSiUfe mit dem Faktor k bewerteten Analogsignal und dem im Komparator (282) gebildeten Differenzsignal gebildet ist, das die Differenz des die Soll-Geschwindigkeit Xjs) des beweglichen Gliedes relativ zum feststehenden Glied darstellenden und in einer Bcwcriungssiufe mit dem Faktor f bewerteten Signals und des die Ist-Geschwindigkeit χφ) des beweglichen Gliedes relativ zum feststehenden Glied darstellenden und in

■to einer Bewertungsstufe mit eiern Faxt.τ f„ bewerteten Signals darstellt (F ig. 13g).

7. Anordnung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden elektrischen Signale innerhalb der Phasenverschiebungseinrichtung je-

•»5 weils einem ersten Eingang von zwei weiteren Multipliziergliedern (112; 114) zugeführt sind, deren zweite Eingänge jeweils mit dem in einem Wurzelglied (116) derart behandelten Steuersignal beaufschlagt sind daß die beiden elektrischen Signale in einer Funktion des Steuersignals multiplizierbar sind, bei der die Amplituden der in der additiven und der subtraktiven Verknüpfung gebil-Jeten Ausgangssignale im wesentlichen gleich den Amplituden der beiden elektrischen Signale sind.

und daß die Ausgangssignale der beiden weiteren Multiplizierglieder (112; 114) jeweils auf einen der ersten Eingänge der Addierglieder (100; 106) geführt sind (F ig. 8).