DE2265246A1 - Einstellvorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE Dr - lrg. HANS RUSCHKF d'mI. -Ing- OLAF RUSCHKE DipL-lng^HANS E. RUSCHKE /kuguste-Viktoria-Straße 65

Berlin 33

Xynetics, Inc. Ganogan Park, California, V.St.v.l.

Einstellvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Einstellvorrichtung mit einem Ständerglied, einem mit dem Ständerglied zusammenwirkend angeordneten Läuferglied, die untereinander Kräfte in einer iiichtung zwecks Verschiebung des Läuferglieds relativ zum Ständerglied erzeugen, mit einer ersten, in Beziehung zu einem bestimmten der beiden Glieder angeordneten Einrichtung, die dieses bestimmte Glied nach Haßgabe mindestens eines periodischen Signals zur Erzeugung von Kräften zwischen dem Ständerglied und dem Läuferglied in der Verschiebungsrichtung erregt, wobei die Verschiebung synchron zu dem einen bzw. den periodischen Signalen ist.

Derartige Einstellvorrichtungen finden Anwendung zusammen mit Synchronmotoren, die häufig verwendet werden, um einem Stell-

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glied eine Bewegung zu erteilen. Synchronmotor sind hierfür vorteilhaft, da die Bewegung eines ersten Gliedes relativ zu einem zvjeiten Glied synchron zur Periodizität der am hotor liegenden Eingangssignale erfolgt. Wenn beispielsweise Wechselsignale einer bestimmten Frequenz an den Motor gelegt werden, bewegt sich das erste Glied gegenüber dem zweiten um Teilstrecken mit einer Geschwindigkeit, die der frequenz der Eingangssignale proportional ist. Synchronmotore 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.15. Asynchronmotoren.

Unter bestimmten umständen ist die Bewegung des ersten Gliedes des Synchronmotor der Periodizität der Eingangssignale jedoch nicht genau proportional. Unter bestimmten Umständen kann das bewegliche Glied beispielsweise in Resonanz geraten, so daß die augenblickliche Bewegung des bewegten Gliedes den Eingangssignalen nicht genau proportional ist. Treibt der Synchronmotor ein Stellglied 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 Funktion des Stellgliedes, d.h. des Werkzeuges oder Schreibstiftes, ernsthaft in Frage gestellt ist.

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Man hat erhebliche Mühe darauf verwandt, eine gesteuerte Bewegung eines beweglichen gegenüber einem feststehenden Glied in einem Synchronmotor zu erzeugen, gleichzeitig aber unerwünschte Effekte - wie Resonanzen - zu vermeiden. Diese Bemühungen waren nicht uneingeschränkt erfolgreich, insbesondere da der Synchronismus zwischen den Eingangssignalen und der Bewegung des bewegten Gliedes es erschwert hat, die Bewegung des bewegten Gliedes in jedem Augenblick präzise zu steuern.

Die erfindungsgemäße Erfindung dient zur Überwindung dieser Schwierigkeiten. Der Leistungswinkel des Motors wird gesteuert, um eine lehlerfunktion zu liefern, die eine verbesserte Kontrolle über die Bewegung des beweglichen gegenüber dem feststehenden Glied ergibt. Der Leistungswinkel läßt sich als der Winkel zwischen dem Zeiger oder Vektor der tatsächlichen Bewegung des bewegten Gliedes relativ zum feststehenden Glied und ' dem Zeiger oder Vektor der am Motor liegenden Eingangssignale definieren. Der Leistungswinkel läßt sich kontrolliert nachstellen, indem man die Phase der Eingangssignale augenblicklich um einen bestimmten Winkel nachstellt. Hierdurch wird eine

steuerbare Kraft erzeugt.

Regelschleifen nehmen Signale auf, die eine Punktion der Ist-Verschiebung des beweglichen gegenüber dem feststehenden Glied sind. Derartige Signale können die Verschiebung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung bzw. deren Kombinationen des bewegten j gegenüber dem feststehenden Glied darstellen. Die von der Regel-

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schleife erzeugten Signale steuern den Leistungswinkel im
Hotor. 'Wenn die Signale die Geschwindigkeit darstellen, dämpft die iiegclschleife die Verschiebung des bewegten gegenüber dem feststehenden Glied, um jede Neigung des bewegten Gliedes, in Resonanz zu geraten, zu unterdrücken oder mindestens so klein wie möglich zu halten. Wenn die Signale die Verschiebung oder die Beschleunigung darstellen, steuert die Regelschleife die
Resonanzfrequenz des bewegten Gliedes und damit unter idealen Bedingungen die Verschiebung des bewegten gegenüber dem feststehenden Glied.

Die erfindungsgeniäße Einstellvorrichtung zeichnet sich aus
durch eine zweite, die erste Einrichtung einschließende Einrichtung, die eine Drehung des Läufergliedes relativ zum
Ständerglied um eine zur Verschiebung srichtunj£ des Läufergliedes senkrechte Achse unterdrückt, durch eine dritte Einrichtung,
die betrieblich mit dem Ständerglied oder dem Läuferglied gekoppelt ist, zur Erzeugung von Signalen, die eine zeitliche
Ableitungsfunktion der Ist-Verschiebung des Läufergliedes relativ zum Ständerglied darstellen, und durch eine vierte Einrichtung, die auf die Signale aus der dritten Einrichtung anspricht und diese auf die erste Einrichtung gibt, um eine Drehung des Läufergliedes relativ zum Ständerglied um eine zur Verschiebung des Läufergliedes senkrechte Achse zu dämpfen.

Die erfindungsgemäße Einstellvorrichtung ist von besonderem
Nutzen für Synchronmotoren, wie sie aus den US-PS¹η 3 376 578

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und 5 4-57 4-82 hervorgehen. Hiernach weist ein Synchronmotor
eine Grundplatte und einen ein- oder zweiachsig über diese
Grundplatte bewegbaren Kopf auf. 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. Die Synchronlinearrnotore der US-PS¹ η 3 376 578 und 3 4-57 4-82 sind auch deswegen vorteilhaft, weil sich die Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte entlang einer oder zweier Koordinatenachsen in jedem Augenblick durch den Kopf bestimmen läßt.

Indem man dem Synchronlinearmotor einen gesteuerten Leistungswinkel anbietet, läßt sich die Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte so sceuern, daß die Bewegung des Kopfes über die
Grundplatte in jedem Augenblick optimal erfolgt. Diese optimale Bewegung entspricht der durch die Eingangssignale dargestellten Soll-Bewegung. Weiterhin dämpft die -^egelschleife die Kopfresonanzen, insbesondere wenn die jiegelschleife den Leistungswinkel steuert, indem sie die Geschwindigkeit darstellende Signale von Ausgang des Kopfes auf dessen Eingang zurückführt.

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Fig. 1 ist eine Perspektivansicht eines Synchronmotors und insbesondere eines Synchronmotor mit einem entlang zweier ; Koordinatenachsen gegenüber einer Grundplatte bewegbaren Kopf.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Perspektivansicht des in Fig. 1 gezeigten Kopfes.

Fig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt durch einen Teil des in Fig. 2 gezeigten Kopfes.

Fig. 4 ist eine vergrößerte i'eilansicht von Teilen des Kopfes und der Grundplatte der Fig. 1, wobei die Grundplatte geschnitten ist.

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

Fig. 5 ist ein Vektordiagramm und zeigt die Beziehung zwischen j der augenblicklichen Lage des Kopfes und den zwecks dessen Antrieb am Kopf liegenden Signale.

Fig. 6 ist ein Schaltbild eines Systems mit offener Regelschleife zum Antrieb des Motors der Fig. 1 bis 4a mit den die Funktion des Systems beschreibenden Gleichungen,

Fig. 6a ist ein Zeigerdiagramm der Beziehungen zwischen den verschiedenen Systemparametern des in Fig. 6 gezeigten Systems.

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Pig. 7 ist das Blockdiagramm eines Systemteils, d.h. einer der Stufen des in Fig. 6 gezeigten Systems.

Fig. 7a ist ein Zeigerdiagramm, daß die Beziehung zwischen den Eingangsgrößen des Untersystems der !ig. 7 und den Ausgangsgrößen des Untersystems der Fig. 7 darstellt.

Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform

j der gleichen Stufe, wie sie die Fig. 7 zeigt.

; Fig. 8a ist ein Zeigerdiagramm der Eingangsgrößen und der Aus-

gangsgrößen des Systemteils der Fig. 8.

Fig. 9 zeigt in Blockform ein System mit einer Steuerschleife j mit einer Beschleunigungsgröße zur Steuerung eines

! Synchronmotors und gibt die die Funktion des Systems

' kennzeichnenden Gleichungen an.
Fig. 9a zeigt ein dem der Fig. 9 ähnliches System, das mit

Digitalsignalen gesteuert wird.

Fig. 9b zeigt ein System, das ähnlich wie das in !ig. 9 gezeigte mit Analogsignalen arbeitet.

Fig. 10 ist das Blockdiagramm eines Systems, das mittels einer Steuerschleife die Funktion des Motors unter Steuerung durch Beschleunigungsbefehle und Beschleunigungsrückführung steuert, und gibt weiterhin die die Funktion des Systems kennzeichnenden Gleichungen an.

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j?ig. 11 ist das Blockdiagramm eines »Systems, bei dem der Synchronmotor durch Beschleunigungsbefehle und mit Geschwindigkeitsrückführung gesteuert wird, und gibt weiterhin die die Systemfunktion kennzeichnenden Gleichungen an.

Fig. 12 ist das Blockdiagramm eines Systems zur Steuerung eines Synchronmotors mit Beschleunigunrsbefehlen und Geschwindigkeitsrückführung, das eine Bewegungsfehlerschleife aufweist, und gibt weiterhin die die Systemfunktion kennzeichnenden Gleichungen an.

Fig. 1j>B sind Blockdiagramme verschiedener Arten von Systemen bis 13g

zur Steuerung der Funktion eines Synchronmotors mit Beschleunigungsbefehlen und Geschwindigkeitsrückfüh- " rung.

Fig. 14- ist das Blockdiagramm eines Systems zur Steuerung der Bewegung dines Kopfes relativ zu einer Grundplatte mit

Geschwindigkeitsrückführung und Dämpfung einer Drehung j des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine zu deren Oberfläche im wesentlichen senkrechten Achse, wobei die Oberfläche durch die Koordinaten aufgespannt wird, entlang denen der Kopf sich bewegt.

Fig. 15 ist ein Blockdiagramm eines Systems zur Steuerung der Bewegung des Kopfes relativ zu einer Grundplatte durch Signale, die sich mit dem Kopf bewegende Induktionstachogeneratoren erzeugen.

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ffig. 16 zeigt eine Ausführungsforra eines Induktionstachogenerators, wie er in dem System der Fig. 15 verwendet wird.

Fig. 17 zeigt ein Blockdiagramm eines Systemteils in form einer der Stufen des Systems der Fig. 15 und gibt die Gleichungen an, die die Funktion dieses Systemteils kennzeichnen.

Fig. 1b ist ein .olockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Systems zur Steuerung des Betriebs eines Synchronmotors mit digitaler Geschwindigkeitsrückführung.

Fig. 19 ist eine weitere Ausführungsform eines Systems zur Verschiebung des ZeigerwinkeIs entsprechend der in Fig. 7 a gezeigten Beziehung.

Fig. 20 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Systems zur Verschiebung des ^eigerwinkels entsprechend der Beziehung der Fig. 7a und zur Dämpfung der Verschiebungen des Kopfes relativ zur Grundplatte.

In einer Ausführungsform der Erfindung wejsb ein allgemein mit "10" bezeichneter Linear-^eaktionsmobor eine Grundplatte 12 und einen Kopf 14- auf. Dieser Kotor kann in ähnlicher Weise aufgebaut sein, wie es in den US-PSn 3 376 578 und 3 4-57 482 offenbart und beansprucht ist. Der htor kann so aufgebaut sein, daß die Bewegung des Kopfes 14- relativ zur Grundplatte 12 entlang einer einzigen -h.cb.se oder entlang eines Paares von Koordinatenachsen erfolgt, und sowohl magnetisch, wie in den US-PSn 3 376 578 und

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3 457 482 offenbart, als auch pneumatisch, wie in der US-Patentanmeldung 101 99Ö vom 28.12.1970 der Anmelderin angegeben, oder auch nach anderen Prinzipien - z.i3. kapazitiv.

Wenn der Linear-iieaktionsmotor magnetisch arbeitet, wie es in den US-PSn 5 y/6 578 und 3 457 482 offenbart ist, kann die Grundplatte 12 aus einem ferromagnetischen Material hergestellt und mit iiuten 15, die untereinander auf Abstand liegen, versehen; sein, so daß magnetische Zähne 18 entstehen. In einem typischen ! Aufbau sind die lauten 16 0,020 in. (0,52 mm) breit und 0,020 in. (0,52 mm) tief; ihr Mittenabstand beträgt 0,04o in. (1,04 mm). Der Abstand zwischen den Mittellinien der Hüten läßt sich als di£ Nutenteilung bezeichnen. Die Iiuten können offen sein, wobei Luft als nichtmagnel^tsches Material dient; vorzugsweise werden sie jedoch mit einem Kunststoff oder anderen nichtmagnetischen Peststoff ausgefüllt, um der Grundplatte 12 eine glatte Oberfläche zu geben. Die iiuten 16 und die Zähne 18 bilden zusammen eine Gitterstruktur.

Ist das bewegliche Glied - wie z.B. der Kopf - relativ zum feststehenden Glied - wie z.B. der Grundplatte - entlang einer einzigen Achse bewegbar, weist das bewegliche Glied zwei Gruppen von Magneten 20 und 22 auf, die in einem Gehäuse oder Unterteil 24 angebracht sind, wobei die Polflächen der Magneten sich an der Unterteiloberfläche befinden. Typischerweise kann das Unterteil 24 eine Aluminium- oder Kunststoffplatte mit zwei öffnungen sein, die die Magneten aufnehmen. Die Magnetgruppen 20_t 22 lie-

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gen im wesentlichen 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, 3^ kann aus einem Stapel von gestanzten Blechen bestehen. Eine Wicklung 36 kann unter magnetischer Kopplung mit den Polstücken 28 und 30, eine Wicklung 38 unter magnetischer Kopplung mit den Polstücken 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 3^ an einer Rippe 46 des Rahmens 26 befestigt, -^er Rahmen 26 besteht aus nicht magnetischem Material, wie z.B. Aluminium, und in der vorzugsweise verwendeten Ausführungsform sind die Magneten 40 und 44 Permanentmagneten, die in den zugeordneten Polstücken eine Vormagnetisierung bzw. einen Polarisierungsfluß erzeugen.

Die Unterfläche jedes der Polstücke 28 und 30 hat Zähne aus mag-

netischem Material und vorzugsweise eine Vielzahl von Zähnen j

' der gleichen Breite und mit dem gleichen Abstand wie die Zähne ;

j '

¹ 18 aus magnetischem Material in der Platte 12. Beispielsweise ,

kann das Polstück 28 ein Paar Zähne "a" und "c" (Fig. 4) haben, ', deren Breite jeweils der Breite der Zähne 18 und der Nuten 16

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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 Fig. 3 zeigt.

Wenn die Polstücke 28 und 30 aufgebaut sind, wie es die Fig. 4· zeigt, sind die Zähne "a" und "c" zueinander so angeordnet, daß, wenn einer sich über einem Zaun 18 aus magnetischem haterial auf der Grundplatte 12 befindet, der andere sich über der Nut 16 aus nichtmagnetischem Haterial in der Grundplatte befindet. Mit anderen horten, der Abstand zwischen den hittellinien der Zähne "θ" und "c" kann gleich p(n t 1/2) sein, wobei η eine ganze Zahl und ρ die Teilung des Gitters auf der Grundplatte 12 oder die Entfernung zwischen den hittellinien aufeinanderfolgender Nuten bzw. Zähne der Grundplatte 12 ist. Die Polstücke 30, 32, und 3^ sind entsprechend aufgebaut.

Das Polstück 30 hat magnetische Zähne, die als "a" und "c" bezeichnet sind. Die Polstücke 28 und 30 des Magneten 10 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, hit anderen Worten, die magnetischen Zähne a und a¹ befinden sich jeweils gleichzeitig bei den magnetischen Zähnen 18, ebenso wie die magnetischen Zähne c und c' sich gleichzeitig bei den magnetischen Zähnen 18 befinden.

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Der hagnet 44 ist in ähnlicher =.eise aufgebaut wie der Magnet 40. Die hagneten 40 und 44 sind so auf Abstand angeordnet, daß, wenn die Zähne eines hagneten direkt über einem Zahn 18 oder einer r-lut 16 liegen, die Zähne des anderen hagneten sich in der hitte zwischen einem Zahn 1b und einer Sut 16 befinden. Die hittellinien entsprechender Zähne der Lagneten 40 und 44 haben also den Abstand p(n ± 1/4).

Die beiden hagneten einer Gruppe werden als A-Phasen-hagnet und B-Phasen-hagnet bezeichnet» in der vorzugsweise verwendeten Ausführungsform mit zwei parallelen Gruppen von hagneten, wie sie die i'ig. 2 zeigt, sind die hsgneten einer Gruppe - wie z.B. die der Gruppe 20 - so angeordnet, daß die A-Ihase links und die B-Ihase rechts liegt, und die Mpgneten der anderen Gruppe - wie z.B. der Gruppe 22 - so angeordnet, daß die B-Phase links und die A-lhase rechts liegt. Diese Anordnung ergibt ein verbessertes Gleichgewicht der an der Antriebsvorrichtung - wie z.3. dem Kopf 14 - liegenden Kräfte und hält dessen Neigung, sich um eine senkrecht zur Oberfläche der Grundplatte 12 verlaufenden Achse zu drehen, so gering wie möglich, .sei dieser Anordnung liegen die hagneten ein-.;r Grupte it Abstand p(n + 1/4) und die hagneten der anderen Gruppe im Abstand p(n - 1/4).

Wenn nun - vergl. E¹Ig. 4 - der btrom in der Wicklung J6 des A-Phasen-hagneten 40 mit voller Stärke fließt, addiert sich der erzeugte Magnetfluß zu dem durch den Permanentmagneten 40 in den Iolflachen a und a¹ erzeugten Vormagnetisierungsfluß und

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subtrahiert sich von dem Vormagnetisierungsfluß, die der Magnet in den FoIflachen c und c¹ erzeugt; damit reduziert sich der Fluß in den iolflachen c und c' ungefähr zu hull. Da die Zähne a und a' unmittelbar über den Zähnen 18 der Grundplatte 12 liegen, wirkt auf den Kopf 14- keine Kraft ein, die ihn über die Platte 12 bewegen könnte. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom i. in der Wicklung 38 des Magneten 44 gleich Null, und die Flüsse in den ahnen d und b des Polstücks 32 und in den Zähnen d¹ und b¹ des Polstücks 34 sind im wesentlichen gleich. Die Größe dieser Flüsse kann die Hälfte des durch den A-Phasen-Kagneten in den Zähnen a und a' (Fig. 4) erzeu ten und ein Viertel des in den Zähnen a und a' in Fig. 4 erzeugten sein, wenn der Strom i durch die Wicklung 36 fließt. Die Zähne d und d' liegen um 180° gegenüber den Zähnen b und b¹ verdreht, so daß im Ergebnis die Zähne b, b¹, d und d¹ keine Kräfte erzeugen, die den Kopf 14 über die Grundplatte 12 bewegen könnten. Unter diesen Bedingungen verlbeibt der Kopf 14 in der Stellung der Fig. 4.

Um den Kopf jedoch nach rechts zu verschieben, wird der B-Phasenstrom mit einer Flußrichtung angeschaltet, daß die magnetischen Flüsse in d und d¹ auf KuIl und die Flüsse in b und b¹ auf ihr Laximum gehen. Wenn dies geschieht, wirkt auf den Kopf 14 eine positive Kraft ein, die ihn nach rechts (Fig. 4) bewegt.

'wenn der Kopf 14 sich um eine Viertelteilung bewegt hat, kann der B-Phasenstrom ab- und der A-Phasenstrom angeschaltet werden,

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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 c¹ dann über den Zähnen 18 auf der Grundplatte 12 liegen. J¹Ur 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 Fig. 4 gezeigten Stromes, Eine schrittweise Bewegung in der entgegengesetzten Richtung erfolgt, indem man die Ströme in der umgekehrten Reihenfolge schaltet.

Die Wicklungen 36 und 38 und die Α-Phasen- und B-Phasenmagneten lassen sich auch gleichzeitig erregen. Die an die Windungen 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 es die vorigen Absätze beschreiben, sondern kontinuierlich. Die Richtung der Bewegung des Kopfes 14 über der Platte 12 laßt sich umkehren, indem an die Phase eines der Eingangs signale - wie z.B. das Sinussi-gnal umgekehrt oder die Vektoren der Eingangssignal in der entgegen- , gesetzten Richtung dreht.

Die oben beschriebene Vorrichtung hat bestimmte wesentliche Vor-

teile. Sie erzeugt eine Bewegung des Kopfes 14 relativ zur

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Grundplatte 12 in Synchronismus zur Periodizität der an den Wicklungen 36 und 38 liegenden Eingan ssignale. Mit anderen Worten: Der Kopf 14- legt eine der Teilung der Zähne 18 entsprechende Strecke zurück, wenn die an den Wicklungen 36 und liegenden Signale um eine Periode weitergelaufen sind. Weiterhin läßt sich der Kopf schneller beschleunigen und verlangsamen als bei Asynchronmotoren.

Die Beschleunigung und Verlangsamung des Kopfes und dessen gesteuerte Bewegung in Synchronismus mit der Feriodizität der Eingangssignale 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 Verlangsamung des Kopfes und erleichtert weiterhin den schnellen Übergang des Kopfes von einer ersten zu einer anderen, erwünschten Stellung, die von der ersten verschieden ist.

Wie ersichtlich, kann der Kopf 14- ein Glied 4-8 in der Form eines Werkzeuges oder eines Schreibstiftes tragen. Die verschiedenen Teile der Vorrichtung - einschließlich der Grundplatte 12 und des Kopfes 14- - sind leicht zugänglich, und das Glied 4-8. d.h. das Werkzeug oder der Schreibstift, läßt sich leicht beobachten. Ein weiterer Vorteil ist, daß das Glied 4-8 unmittelbar vom Kopf getragen wird, so daß die Stellung dieses Gliedes in direk-

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ter Beziehung zur Stellung des Kopfes steht.

Die oben beschriebene Vorrichtung hat weitere wesentliche Vorteile. Da die ..dcklungen 56 und J8 periodische Signale erhalten, die der Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte entsprechen, läßt sich die Bewegung des Kopfes entlang jeder der Koordinatenachsen in jedem Augenblick durch die Anzahl der Perioden und deren !'eile bestimmen, die an den wicklungen 36 und J8 liegen. Weiterhin läßt sich 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 Hüten 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 Sahnen 18 ist.

V/ie bereits beschrieben, befindet der Kopf 14- sich zwar auf Abstand, aber in unmittelbarer Kähe zur Grundplatte 12. Verschiedene Mittel lassen sich einsetzen, um diesen Abstand aufrechtzuerhalten - z.B. eine Luftkissenlagerung. Beispielsweise kann die üteuerleitung 50 (Fig. 4-a) die Zuführung einer JJruckluftversorgung darstellen. Die Luftzuführung dieser Steuerleitung mündet in einem Rohr 52, das mittels einer in einem Loch 56 befindlichen Schraube 54- in Stellung gehalten wird. Jiin Durchlaß 58 in der Schraube 54- stellt eine ^trÖrnungsverbindung zu den Durchlässen 60 her, die sich von der Schraube hinweger-

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strecken und in Auslaßöffnungen 62 (Fig. 2) münden.

Die oben bescuriebenen Linear-Synchronrnotoren erzeugen eine Bewegung eines Gliedes, wie z.B. eines Kopfes, relativ zu einem anderen Glied, wie z.B. einer Grundplatte, entlang linearer Koordinatenachsen, wie beispielsweise einer X- und einer Y-Achse. Ivie jedoch einzusehen ist, läßt sich im iiahmen der Erfindung jedoch auch eine Bewegung entlang anderer Koordinatenachsen vorsehen, ohne vom Erfindungsgedanken abzugehen. Beispielsweise lassen sich Synchronmotore verwenden, bei denen die Bewegung nach Polarkoordinaten oder eine Drehung um eine bestimmte Achse erfolgt; der Erfindungsgedanke wird auch hierbei nicht verlassen.

Die Grundgleichung für die magnetische Kraft in Motoren - inkl. Synchronmotoren - nach dem Prinzip des veränderlichen magnetischen Widerstandes ist:

F = dw/dx
wobei F = magnetische Kraft zwischen dem Kopf 14- und

der Grundplatte 12

w = Energieinhalt des magnetischen Feldes χ = Verschiebung des Kopfes 14- relativ zur Grundplatte 12 entlang der X-Achse.

Für magnetische Anordnungen mit weicheisernen Flußpfaden ist bekannt, daß

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= 1/2 (MMK)² H ist, mit (Gl. 2)

MMK = magnetomotorische Kraft zwischen dem Kopf

und der Grundplatte 12 und

P = magnetische Permeanz (Kehrwert des magnetischen Widerstandes bzw. der Reluktanz) zwischen dem Kopf 14 und der Grundplatte 12.

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

F_x = 1/2 (

i¹ = Kraft zwischen Kopf und Grundplatte in

X-Rientung (Gl. 3a)

Ϊ¹ - 1/2 (MM:)².*·! mit

E¹ = Kraft zwischen Kopf und Grundplatte in <y

Y-üichtung,
und I" = 1/2(MMK)² _£p mit (Gl. 3b)

1_ = Kraft zwischen Kopf und Grundplatte in Z-Richtung, d.h. der zur Grundplatte 12 senkrechten Achse.

Wenn ein Zahn - wie z.B. der Zahn a im Polstück 28 - sich relativ zur Grundplatte bewegt, ändert sich die Permeanz zwischen Zahn und Grundplatte nach folgender Beziehung:

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P = P₀(I + kcos ^2) (Gl.

mit P = const.

K = const.

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

Es gilt also:

P = P₀ + kP_o cos ~-^ mit

P₀ = const.

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

¹A - ⁰A ¹A ^a0B ψ" <^G1- 5)

F. = Kraft zwischen dem Magneten 20 und der

Grundplatte in X-Richtung c. » const,
i. « Strom in der Wicklung 36

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

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■F_B - c_B.i_B.sin iSx (Gl. 5a)

J?_B = Kraft zwischen dem Magneten 22 und der

Grundplatte in X-Richtung

ο_Ώ = const.

_D

i_B = Strom durch die Wicklung 38

wie oben beschrieben, stehen die Ströme durch die Wicklungen und 3& 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. und i_B lassen sich also mit trigonometrischen Punktionen d
Wenn i. = I.cos (2ΐΓχ/ρ) und

2 "i^x

trigonometrischen Punktionen des Arguments — ausdrücken.

i-g = I.sin (2?Tx/p) ist, gilt

i\ + I'"_B = c.I(cos² ^-2 + sin² —) = el. (Gl.6)

c = const.

I = Spitzenwert des Stromes durch jede der Wicklungen 36 und 38.

Die obige Diskussion basierte auf der Annahme, daß der Zeiger der Bewegung des Kopfes 14 relativ zur Grundplatte 12 entlang jeder Achse um 90 gegenüber dem Zeiger der an die Wicklungen für diese Achse gelegten Eingangsströme phasenverschoben ist

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- wie ζ.-B. die wicklungen 36 und 38 für die X-Achse. Es ist jedoch eines der herkmale der vorliegenden -Erfindung, daß der Leistungswinkel 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 x-Achse - liegen, steuerbar gemacht wird. Dies läßt sich erreichen, indem man die ströme an den Wicklungen - z.B. 36 und 38 - um einen V/inkel 9 vor- oder nacheilen läßt. Die Ströme i. und i_B ergeben sich also in Wirklichkeit zu

i. = I.cos (£i£ + e) und (Gl. 7)

A ρ

i_B = I.sin (^pE + Θ) (Gl. 7a)

Hiermit wird

I<'_A + i'_B = c.I.sin 0 (Gl. 8)

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

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zur Grundplatte entspricht.

Die Erzeugung des Leistungswinkels θ ist in Fig. 5 gezeigt. Der Zeiger der Verschiebung des Kopfes 14 relativ zur Grundplatte entlang einer bestimmten Achse wie der X-Achse ist bei 70 gezeigt. Eine um 90° verschoebene Komponente wird in das System eingebracht und ist bei 72 gezeigt. Diese um 90° verschobene Komponente läßt sich auf verschiedene Art und Weise steuern, wie es im folgenden beschrieben wird. Die Kombination der vektiorellen Komponenten 70 und 72 ergibt einen Vektor 74, der den Zeiger der an die Wicklungen - wie die wicklungen $6 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 einte Kraft nach der Funktion (sin Q^ erzeugt und zwischen dem Kopf 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 irgendi eine andere Weise aufrechterhalten wird·

ί09 812/03 99

«ff

Fig. 6 ist eine Systemdarstellung eines Synchronmotors, der nach den Prinzipien einer Steuerschleife arbeitet. 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 angedeutet sind. In der Fig. 6a können die Eingangssignale einen nit A bezeichneten Phasenwinkel aufweisen. Die Signale auf der Leitung 82 sind schematisch als an ein Differential 8A- gelegt dargestellt.

Die Ausgangssignale des Differentials 84 werden nach einer beschreibenden oder übertragungsfunktion bewertet, die bei 86 schematisch als Teil des Synchronmotors 80 dargestellt ist. Die : beschreibende oder Übertragungsfunktion 86 ist als D (A, jtO) j dargestellt, wobei A die Eingangssignale auf der Leitung 82, D

die beschreibende oder Übertragungsfunktion und J (Q eine Frequenzfunktion der auf die Leitung 82 gegebenen periodischen Signale ist. Die beschreibende oder Übertragungsfunktion 86 ist in Wirklichkeit nichtlinear, läßt sich aber innerhalb eines bestimmten begrenzten Wertebereiches als eine Konstante K betrachten.

Die durch die beschreibende oder Übertragungsfunktion 86 dargestellte Ausgangsgröße stellt eine Kraft dar, die auf den Kopf 14 ausgeübt wird, um eine Verschiebung χ des Kopfes entlang einer bestimmten Achse - wie der X-Achse - zu bewirken. Die Umsetzung der Kraft in die Verschiebung χ ist durch einen

ο
Block 88 mit der Funktion 1/Ms dargestellt, in der M die Masse

tÖ9812/0399

des Kopfes, 1/2 das Integral der dem Kopf durch eine Kraft erteilte Beschleunigung, die eine bestimmte Kopfgeschwindigkeit

bewirkt, und 1/s 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 θ eni:sprechende Kraft ausübt.

Die Übertragungsfunktion, die den Synchronmotor und die Kopfmasse nach Fig. 6 beschreibt, läßt sich schreiben als Gj₁Cs) = χ (s)/A (Gl. 9)» eine grundlegende Gleichung für Regelsysteme, die auf Seite 50 des Buches "Control Engineering" von Gordon Murphy, Boston Technical Publishers, Inc., 1965, angegeben ist. In dieser Gleichung ist

A = das Eingangssignal des Synchronmotors 80 in

Zeigerdarstellung
x_Q = die tatsächliche Verschiebung des Motors 80 relativ

zur Grundplatte in Zeigerform

s = eine komplexe variable Funktion, und !

G, (s) = das Verhältnis der Übertragungsfunktion der Motor-'

Verschiebung zu den Eingangssignalen

Die Gleichung 9 laßt sich - entsprechend der Diskussion auf Seite 50 des Buches Gordon Murphy, "Control Engineering", auch ausdrücken als

7(39812/0399

Wie oben beschrieben, stellt die beschreibende Funktion D(A, j<j) für einen begrenzten 'Wertebereich eine Konstante K dar. Entsprechend läßt sich die Funktion G(s) umschreiben als

G(s) = K

Ul

Km = const.

M = Masse des Kopfes

ο
1/s = Doppelintegral zur Umsetzung einer

Beschleunigung in eine Verschiebung

Durch Einsetzen der Gleichung 11 in die Gleichung 10 erhält man

^Km
—2 ^{n /}~^{λ Ms 1} - (Gl. 12)

^s

Fig. 7 zeigt eine Anordnung zur Erzeugung einer Zeigerwinkeldrehung (des weiteren als "PAR" bezeichnet), die in weiteren Ausführungsformen enthalten ist. Ein "Zeiger" läßt sich als vektorielle Darstellung des Augenblickwertes eines Parameters wie eines Eingangssignales oder die Verschiebung des Kopfes be trachten.

In der in der Fig. 7 dargestellten Ausführungsform kommen die Signale auf zwei Leitungen 90 und 92 von einem Generator 94· (Beispielsweise einem Digital-Analog-Resolver). Das Signal auf

7Ö981T/0399

- 226524Θ

der Leitung 90 läßt sich als P.cos ß und das Signal auf der Leitung 92 als P.sin ß darstellen, um eine bestimmte Phasenbeziehung zwischen den Signalen - wie einen Phasenabstand von 90° - anzudeuten. Das Signal auf der Leitung 90 wird an eine Stufe 96 gelegt, wo das Signal P.cos ß durch Multiplikation mit (-1)'in ein Signal (-P.cosß) umgewandelt wird· Die Signale aus der Stufe 90 gehen zusammen mit Signalen veränderlicher Amplitude vom Anschluß 98 an einen Multiplikator 96. Diese Signale haben eine veränderliche Amplitude, 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 Bezugspotential - 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 Multiplikator 96 lassen sich als UP.cosß darstellen und gelangen zu einem Addierer 100, der auch die Signale P*sinß von der Leitung 92 erhält. Die Ausgangssignale des Addierers 100 gelangen zu einem Anschluß 102. In gleicher Weise werden die Signale von der Leitung 92 zusammen mit den Signalen U, die zwischen den Anschlüssen 98 und 99 liegen, auf einem Multiplikator 104 gegeben. Die Ausgangssignale des Multiplikators 104 haben die Form UP.sinß. Diese Signale und die Signale von der Leitung 90 gehen an einen Addierer 106, dessen Ausgangssignal an einen Anschluß 108 gelegt ist.

Die Signale am Anschluß 102 lassen sich als (JP.sinß - UP.cosß) darstellen, die Signale am Anschluß 108 analog als P(cosß + jU.sinß). Die sich zwischen den Anschlüssen 108 und 102 ergebenden Signale lassen sich darstellen als

F₀ = P(cosß + asinß) + UP(sinß - jcosß _mit (Gl. 13)

j = V -1 zur Darstellung des Phasenabstandes von

90° zwischen den Signalen auf der Leitung 92 zu denen auf der Leitung 90, und

P = Vektor der zwischen den Anschlüssen 108 und 102 anstehenden Signale.

Die Funktion des in Fig. 7 gezeigten PAHs ergibt sich aus der Fig. 7a» in der ß den augenblicklxchen Winkel der Signale auf den Leitungen 90 und 92 und <T die von dem PAR der Fig. 7 erzeugte Phasenverschiebung darstellen. In der Fig. 7a ist P die zusammengefaßte Phase der Eingangssignale auf den Leitungen und 92 und UP der von dem PAR erzeugte Vektor. Der sich aus den . j Signalen ergebende Vektor zwischen den Anschlüssen 102 und 108 \ ist als P_Q dargestellt. Dieser Vektor ist um einen Winkel ß gegenüber dem Vektor der Signale auf den Leitungen 90 und 92 ί verschoben. Die Signale P_Q lassen sich darstellen als

(Gl.

Ϊ09812/0399

der Faktor γ1 + U daraus folgt, daß P_Q die Hypothenuse des rechtwinkligen Dreiecks mit den Katheten P und UP ist.

Wie aus Fig. 7a ersichtlich, hängt die Amplitude des Vektors XX P vom augenblicklichen Wert des Signals U ab. Diese Veränderlichkeit der Amplitude des vektoriellen Signals P ist zuweilen unerwünscht, da sie, wenn sie zu groß wird, die verschiedenen Eingangsstufen sättigen kann. Fig. δ zeigt einen PAR, der ein Ausgangssignal P mit konstanter Amplitude erzeugt. In der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform führen die Leitungen 90 und 92 Signale der Form P.cosß bzw. P.sinß. Die Signale der Leitung 90 werden in einer Stufe 95» die mit der Stufe 95 der Fig. 7 identisch ist, mit (-1) multipliziert. Die Ausgangssignale der Stufe 95 laufen zu einer Stufe 96, die mit der Stufe 96 in der Fig. 7 identisch ist. Entsprechend ist die Stufe 104- der Stufe 104 in Fig. 7 identisch. Die Stufen 96 und 104 nehmen die Signale der Anschlüsse 98 und 99 auf, die ebenfalls mit den Anschlüssen 9ö und 99 der Fig. 7 identisch sind.

Die Ausgangssignale des Multiplikators 96 liegen an einem Addierer 110, der auch die Signale des Multiplikators 112 aufnimmt. Der Multiplikator 112 multipliziert die Signale der Leitung 92 mit den Signalen, die die Stufe 116 aus den Signalen U zwischen den Anschlüssen 98 und 99 erzeugt. Die Ausgangssignale der Stufe 116 lassen sich darstellen als /i - U² . Entsprechend multipliziert ein Multiplikator 114 die Signale von der Leitung 90 und die Signale von der Stufe 116 und gibt sie

^09812/0399

auf einen Addierer 118, wo sie zu den Signalen des Multiplikators 104 addiert werden. Die Ausgangssignale der Addierer und 118 liegen an den Anschlüssen 120 bzw. 122.

Die Signale P zwischen den Anschlüssen 120 und 122 haben eine konstante Amplitude, wie es die Fig. 8a zeigt. Die Signale

— ο

P werden aus zwei um 90 verschobenen Vektoren erzeugt, von denen einer den ^ert ( Yi - U .P) und der andere den Wert P hat. Das resultierende Signal P läßt sich ausdrucken als

- P Vu² + (1 - U²) =* P (Gl. 15)

Da die von dem in Fig. 8 gezeigten PAR erzeugten Signale P trotz veränderlicher Spannung U eine konstante Amplitude haben, können sie diejenigen Eingangsstufen, die den Betrieb des Synchronmotors steuern, nicht sättigen.

Fig. 9 zeigt in Form eines Blockdiagramms ein dem in Fig. 6 gezeigten ähnliches System, aber zusätzlich mit einem Beschleunigungseingang, der mit S^(s) bezeichnet ist. Diese Signale werden auf der Leitung 130 erzeugt, mit einem Faktor K bewertet und in der bewerteten Form auf einen Addierer 132 gegeben, der sie zu den Signalen von einer Leitung 1J4- addiert, die eine gewünschte Verschiebung x-(s) darstellen. Die Ausgangssignale des Addierers 1J2 werden auf den Motor 80 gegeben, der &enfalls in Fig. 6 gezeigt ist. Der Motor 80 ist als Funktion

90 9812/0399

^Km

nach Gleichung 12 dargestellt. Die Verschiebung des Motors relativ zur Grundplatte entspricht der Größe χ (s).

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

A(s) = x_± + KX₁ = (1 + Ks^x₁(S), (Gl. 16)

ρ
wobei s eine doppelte Differentiation darstellt. Weiterhin,

wie aus Fig. 0 ersichtlich, gilt

A(s) · G_h(s) = X₀ (Gl. 17)

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

(1 + Ks²)x, (s)(—4 )« χ (s) und

x_o(s) Ks² + 1

^Km

+ 1

Wie aus der Gleichung 18 ersichtlich, nähert sich die tatsäch liche Verschiebung x_Q(s) des Kopfes der gewünschten Verschie-

709812/0399

bung Xj^Cs) entsprechend den am Kopf liegenden Eingangssignalen um so mehr, je genauer K gleich M/K wird. Wie einzusehen ist, ist es wünschenswert, daß die Ist-Verschiebung in jedem Augenblick der für diesen Augenblick gewünschten Soll-Verschiebung nahekommt oder ihr gleich ist. Es stellt also einen Vorteil dar, wenn man auf der Leitung I30 in Fig. 9 eine Eingangsgröße vorsieht, die der erlaubten Soll-Beschleunigung des Kopfes in jedem Augenblick entspricht. Dieser Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß eine Einstellung des Bewertungsfaktors K für die Soll-Verschiebung einen flexiblen Betrieb des Synchronmotors erlaubt, da sich damit die Ist-Verschiebung des Kopfes der Soll-Verschiebung annähern läßt, indem man den Faktor K optimal relativ zum Wert M/K einstellt. Jedoch kann das offene System der Fig· 9 zu Schwierigkeiten führen, wenn keine idealen Bedingungen vorliegen. Wenn z.B. der Kopf des Synchronmotors zu schwingen anfängt, lassen sich diese Schwingungen mangels geeigneter Mittel in dem System nach Fig. 9 nicht dämpfen. Wie einzusehen ist, können solche Schwingungen infolge einer Vielzahl von Faktoren auftreten - beispielsweise infolge von auf den Kopf aufgebrachten Störungen.

Fig. 9a zeigt schematisch ein digitales System, das dem offenen System nach Fig. 9 entspricht. Das System der Fig. 9a entspricht im wesentlichen dem im einzelnen in der US-Patentanmeldung Nr. 36 177 beschriebenen und beanspruchten. Das System weist eine Leitung 14-0 auf, an der digitale Signale stehen, die die Teilschritte der gewünschten Verschiebung x^(s) darstellen, während

709812/0399

J?

die Signale auf einer Leitung 14-2 den Inkrementen der gewünschten Beschleunigung des Kopfes entsprechen. Die Signale auf der Leitung 14-2 werden mit dem Faktor K bewertet und in einem digitalen Addierer 14-4- zu den Signalen der Leitung 14-0 addiert. Die Signale gelangen dann an einen Digital-Analog-Resolver 14-6, der zwei um 90° verschobene Signale - beispielsweise ein Sinus- und ein Gosinussignal - erzeugt, die die Eingangssignale des Synchronmotors darstellen.

Pig. 9h stellt schematisch in Form eines Blockdiagramms eine Analogausführung des Systems der Fig. 9 dar. In der in Fig. 9h gezeigten Ausführungsform werden digitale Signale, die die Inkremente einer Soll-Verschiebung x· darstellen, auf einen Digital-Analog-Resolver 14-8 und digitale Signale, die den Inkrementen der Soll-Beschleunigung x. entsprechen, auf einen Digital-Analog-Umsetzer 150 gegeben. Die Stufe 152 bewertet die Ausgangssignale des Umsetzers 150 mit dem Faktor K und gibt sie auf einen PAR 154-, der auch die Ausgangssignale des Resolvers 14-8 erhält. Der PAR 154- kann auf gleiche Weise aufgebaut sein wie der der Fig. 7 und 8, der oben im einzelnen beschrieben ist.

Fig. 10 zeigt ein System mit geschlossener Regelschleife zwecks Erzielung einer verbesserten Steuerung. In dem System der Fig.10 liegen die Signale, die die Soll-Verschiebung x-(s) darstellen, auf einer Leitung 160 und die der Soll-Beschleunigung X_i(s) entsprechenden Signale auf einer Leitung 162.. Die Signale auf der Leitung 162 werden in einer Stufe.164· mit dem Faktor K bewertet

^09812/0399

Si

und auf ein Differential bzw. einen Komparator 166 gegeben, wobei der Ausdruck "Differential" in dieser Anmeldung als dem Ausdruck "Komparator" gleichwertig verwendet wird. Die Signale des Differentials 166 werden auf eine Stufe wie beispielsweise einen Addierer oder einen PAR (vergl. 7 und 8) gegeben, der sie mit den Signalen x.(s) auf der Leitung 160 verknüpft.

Die Ausgangssignale des Addierers oder PARs 168 laufen zu einem Synchronmotor 170, der dem oben beschriebenen Synchronmotor entspricht. Die resultierende Verschiebung des beweglichen Gliedes - wie z.B. des Kopfes - relativ zum stationären Glied - wie z.B. der Grundplatte - in dem Synchronmotor wird erfaßt und in Signale umgewandelt, die der Verschiebung x_Q(s) entsprechen. Die die Verschiebung x_Q(s) des beweglichen Gliedes darstellenden Signale liegen auf der Leitung 172 und werden doppelt differenziert (Vergl. "s " in Fig. 10), um Signale zu erhalten, die die Ist-Beschleunigung 5L(s) des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, relativ zum stationären Glied, z.B. der Grundplatte, darstellen. Alternativ läßt sich auf dem Kopf ein Akzelerometer vorsehen, das direkt Signale liefert, die der Ist-Beschleunigung it (s) des bewegten Gliedes - wie z.g. des Kopfes - relativ zum feststehenden Glied - wie z.B. der Grundplatte - entsprechen. Die Beschleunigungssignale werden sodann mit einem Faktor K bewertet und auf das Differential 166 gegeben. Das Differential 166 gibt auf eine Stufe wie z.B. den PAR 168 Signale, die der Differenz zwischen der Soll-Beschleunigung *-(s) und der Ist-Beschleunigung *₀(s) entsprechen. Diese Differenzsignale stellen

tO9812/0399

IFehlersignale dar, die den Leistungswinkel steuern, den eine Stufe wie z.B. der Addierer oder PAR 168 liefert.

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

A(s) « X₁(S) + KX₁(S) - K_o*_o (Gl. 19)

Diese Gleichung läßt sich schreiben als

A(s) « X₁(S) + Ks²X₁(S) - K₀S²X₀ (Gl. 19a)

Da A(s) - x_o(s)/G_h(s) ist (vergl. Gl. 17), gilt

x_o(s)/G_h(s) - (Ks² + I)X₁ - K₀S²X₀ (Gl. 19b)

Durch Umstellung der Tenne ergibt sich

(K₀S^{2 +} G~^^)x-^{(s) β (Ks2 + 1}>^x^^s) <^G1· ¹9c)

Durch Einsetzen des Ausdrucks für Gj,(s) der Gleichung 12 folgt:

^Ks2 + 1 (Gl. 20)

UL. ₊ KJs²Vi

m ^

Aus einem Vergleich der Gleichungen 20 und 18 folgt, daß dem

Nenner der Term K_Q hinzugefügt wurde, indem die Beschleunigungs-

-909812/0399

signale £ (s) zu der Stufe wie dem PAR 168 rückgeführt wurden. Indem man den Term K aufnimmt, setzt man die Resonanzfrequenz der dem Kopf entsprechenden Masse herab, 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 K erhöht sich außerdem die Flexibilität der Steuerung des Synchronmotors 170, so daß die Istverschiebung χ (s) des Kopfes der Sollverschiebung x^(s) des Kopfes weiter angenähert werden kann. Wie bereits für die Ausführungsform der Fig. 9 angegeben, bewirkt die Aufnahme eines zusätzlichen Terms wie des Terms K eine Annäherung der Istverschiebung x_o(s) des Kopfes an die Sollverschiebung x-(s) unter der Annahme idealer Bedingungen, d.h. wenn dem Kopf keine Störungen aufgezwungen werden.

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

Die Signale vom Addierer 184 gelangen zu einer Stufe wie beispielsweise den PAR 190, ebenso die Signale aus einem -^ifferen-

7(39812/0399

tial 192. Das Differential 192 erhält auf der Leitung 194 Signale, die die Sollgeschv/indigkeit ±^ des "bewegten Gliedes - wie z,B. der Grundplatte - darstellen, nachdem sie in der Stufe 196 mit einem Faktor f bewertet wurden. Das Differential 192 erhält weiterhin über die Leitung 200 Signale, die die Istgeschwindigkeit ± des beweglichen Gliedes - wie z.B. des Kopfes - darstellen. Alternativ läßt sich auf dem Kopf ein Akzelerometer vorsehen, das der Istbeschleunigung X des Kopfes entsprechende Signale liefert, die dann integriert werden, um der Istgeschwindigkeit * des Kopfes entsprechende Signale zu erhalten.

Die Signale auf der Leitung 200 lassen sich erzeugen, indem man die IstverSchiebung χ des beweglichen Gliedes - wie z.B. des Kopfes - darstellende Signale auf eine Leitung 202 gibt. Diese Signale werden in der Stufe 204 differenziert, deren Ausgangssignale die Istgeschwindigkeit ± des beweglichen Gliedes wie z.B. des Kopfes - darstellen, und in einer Stufe 206 mit dem Faktor f bewertet.

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

A(s) = X₁Cs) + KX₁Cs) + f±_± - f_o*_o CGI. 21)

Gleichung 21 läßt sich umschreiben zu

CACs) = X₁ + Ks²X₁ + fsx_± - f_Qsx₀ CGI- 21a)

7098 12/0399

A(s) = (Ks² + fs + 1)x_± - f_osx_o (Gl. 21b)

Da nach Gleichung 17 A(s) = x_Q(s)/G_h(s) ist, gilt

^ ² · ^21C)

und	somit	Ks2	+	fs + 1
	xo(s)	m		+ fos + 1
	xi

Das in Fig. 11 gezeigte System läßt sich unter allen Bedingungen, d.h. auch unter äußeren störungen und bei unvollkommenen Motorelementen - stabil halten. Diese Stabilität wird erreicht durch Rückführung von die Istgeschwindigkeit ± des beweglichen Gliedes - z.B. des Kopfes - darstellenden Signalen zum Motoreingang. Weiterhin können Signale, die die Sollgeschwindigkeit χ. des beweglichen Gliedes - wie z.B. des Kopfes - darstellen, zusammen mit den die Istgeschwindigkeit χ des Kopfes darstellenden Signalen auf ein Differential 192 gegeben werden, so daß dessen Ausgangssignale der Differenz zwischen Soll- und Istgeschwindigkeit entsprechen. Diese Differenzen stellen Fehler dar, d.h. z.B. Schwingungen des beweglichen Gliedes, d.h. des Kopfes. Die Fehlersignale werden so auf eine Stufe wie zi.B. den PAR 190 gegeben, daß sie sich aufheben. Indem man die Fehlersignale auf den PAR I90 gibt, steuert das Differential 192 den

709812/0399

von dem PAR gelieferten Leistungswinkel Θ. Auf diese Weise werden in dem System der Fig. 11 Schwingungen des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, gedämpft.

Die Ausführungsform der Fig. 12 entspricht der in Fig. 11 gezeigten, ' außer daß eine zusätzliche Rückführung für die Verschiebung des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, relativ zum feststehenden Glied, z.B. der Grundplatte, darstellende Signale χ vorgesehen ist. Diese Signale liegen.auf der Leitung 202 und laufen zu einem Differential 210 zurück, wo sie mit den Signalen x.(s),dLe die Sollverschiebung des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, relativ zum feststehenden Glied, z.B. der Grundplatte, verglichen werden. Die Ausgangssignale des Differentials 210 stellen Verschiebungsfehler des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, dar· Sie werden in einer Stufe 212 mit dem Faktor K bewertet und in einem Addierer 214 mit den Ausgangssignalen

des Addierers 184 verknüpft. Die resultierenden Signale gehen dann zur Stufe 190, die ein Addierer oder ein PAr sein kann, wie es zuvor beschrieben wurde.

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

A(s) X X₁(S) + KA₁(S) + f±_±(s) + f_ox_o + K_ex_± - k_ex₀ (Gl. 22)

und umschreiben zu

7098 12/0399

A(s) = X₁ + Ks²X₁ + fsx_± - f_osx_o + k_ex_± - k_ex₀ (Gl. 22a)

Nach Umstellung der Terme in Gl. 22 folgt:

A(s) - (Ks² + fs + k_e + 1)x_± - (f_os

Da A(s) = χ (s)/G_h(s) ist (Gleichung 17), folgt

^jjj + (f_os + K_e)x_o = (Ks² + fs + K_e + 1)x_± (Gl. 22b)

Durch Einsetzen des Ausdrucks für G,(s) aus Gleichung 12 ergibt sich

(fs + K + ~ s² + 1)x„ = (Ks² + fs + K + 1)x. (Gl. 22c)

O θ τη Θ Χ

und damit

χ Ks² + fs + K +1

h ^{s + f}o^{s + K}e

Das in der Figur 12 gezeigte System bietet eine noch bessere Flexibilität gegenüber dem System der Fig. 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 Kevorliegt. Indem man den Term Kp in den

)09812/Ü399

Zähler und Kenner der Gleichung 22d aufnimmt, läßt sich der Wert K in geeigneter Weise so auswählen, daß die Istverschie-

bung χ des bewegten Gliedes, z.B. des Kopfes, unter verschiedenen Betriebsbedingungen an die Sollverschiebung x. des Kopfes herankommt. Durch Aufnahme des Terms K in den Zähler und den Nenner der Gleichung 12 liegt ein weiterer Term vor, dessen Wert sich so einstellen läßt, daß sich eine stabile Regelschleife ergibt.

Die Fig. 13a bis 13g zeigen eine Reihe von Systemen mit Geschwindigkeit srückf uhr ung, um eine Dämpfung der Bewegung des bewegten Gliedes, z.B. des Kopfes, zu erreichen. Die in den Fig. 13a bis 13g gezeigten Systeme stellen verschiedene digitale und analoge Anordnungen mit Rückführung der augenblicklichen Istgeschwindigkeit des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, dar. Weiterhin können in den Systemen der Fig. 13a bis 13g Signale, die Funktionen der Soll- und der Istgeschwindigkeit des kopfes sind, auf ein Differential gegeben werden, um Signale abzuleiten, die der Differenz zwischen diesen Funktionen entsprechen. In den Systemen 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 Systemen der Fig. 13a bis 13g lassen sich die die Funktionen der Istgeschwindigkeiten des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, darstellenden bignale erzeugen, indem man Signale x_Q erzeugt, die die Istbeschleunigung des Kopfes darstellen, und diese ein- oder

^09812/0399

- WE - H

zweimal integriert, um Signale zu erhalten, die die Istgeschwindigkeit 'x bzw. die IstverSchiebung x_Q darstellen.

In der in i'ig. 13a gezeigten Ausführungsform liegt ein digitales System vor, bei dem Inkremente einer Sollverschiebung x^, einer Sollbeschleunigung Kx. und einer Sollgeschwindigkeit f±. auf den Synchronmotor und insbesondere dessen bewegliches Glied, z.B. den Kopf, gegeben werden. Die die Inkremente von χ. und Kit. darstellenden digitalen Signale werden in einem Addierer 220 verknüpft, -^ie die Inkremente der Sollgeschwindigkeit fx· darstellenden Signale werden in einem Differential 222 mit Signalen verknüpft, die Inkremente der Istgeschwindigkeit f_o*_o darstellen; es ergeben sich Signale, die Inkremente des Fehlers zwischen der Ist- und der Sollgeschwindigkeit des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, darstellen. Diese i'ehlersignale werden auf einer Leitung 224- auf einen Addierer 226 gegeben, der sie zum Ausgangssignal des Addierers 220 addiert. Das Ausgangssignal gelangt zu einem Digital-Analog-Resolver 228, dessen -^nalog-Ausgangssignal auf den Synchronmotor gegeben wird.

In der in !Fig. 15b gezeigten Ausführungsform liegen nur Signale vor, die digitale Inkremente der Sollverschiebung x. und der Sollbeschleunigung X. des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, darstellen. Die die Sollbeschleunigung X. darstellenden Signale werden mit dem Faktor k bewertet und auf einen Addierer 230 gegeben, der sie zu den Signalen addiert, die Inkremente der Sollverschiebung X₁ des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, darstellen.

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Die die Inkremente der Sollbeschleunigung x^ darstellenden Signale werden weiterhin auf ein Differential 252 gegeben, das sie mit den Signalen verknüpft, die Inkremente der Istbeschleunigung x_Q des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, darstellen. Die Ausgangssignale des Differentials 232 stellen Inkremente des Fehlers zwischen der Soll- und der Istbeschleunigung des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, dar. Diese Fehlersignale integriert eine Stufe 234-, und nach einer Bewertung mit dem i'aktor f gelangen sie zu einem Addierer 236, der ihnen die Ausgangssignale des Addierers 230 hinzuaddiert. Die Ausgangssignale des Addierers 236 werden auf einen Digital-Analog-Resolver 238 gegeben, der die Digital- zu Analogsignalen umsetzt, damit sie auf den Synchronmotor gegeben werden können.

Die in der Fig· 13"c gezeigte Ausführungsform zeigt ein System, das teils digital, teils analog aufgebaut ist. Digitale Signale, die die Inkremente der Sollverschiebung x. und der Sollbeschleunigung X. des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, darstellen,

It

werden auf* einen Addierer 240 gegeben,nachdem die "x. darstellenden Signale mit einem Faktor k bewertet wurden. Die Ausgangssignale des Addierers 24-0 gelangen zu einem Digital-Analog-Resolver 24-2, der sie in die analoge Form umsetzt. Die Analogsignale aus dem Resolver 242 werden sodann auf eine Stufe wie z.B, den PAR 244 gegeben, der den Leistungswinkel θ steuert. Diese Signale liegen dann am Motor und bewirken eine Verschiebung des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, relativ zum feststehenden Glied, z.B. der Grundplatte.

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Sodann werden vom beweglichen Glied, z.B. dem Kopf, her analoge Signale geliefert, die als ± bezeichnet sind und die Geschwindigkeit des beweglichen Gliedes angeben; diese Signale werden mit dem Faktor f bewertet und auf ein Differential 246 gegeben. Im Differential 246 werden sie mit den Signalen f±, verknüpft, die die Sollgeschwindigkeit des beweglichen Gliedes, z.B. des kopfes, relativ zum feststehenden Glied, z.B. der Grundplatte, darstellen. Die Signale aus dem Differential 246 stellen Fehlersignale dar, die den Differenzen zwischen den Soll- und den Istgeschwindigkeiten des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, entsprechen. Diese Signale werden auf den PAR 244 gegeben, um einen Teil des vom PAR gelieferten Leistungswinkels zu steuern und die Bewegung des Kopfes zu dämpfen.

Das in Fig. 13d gezeigte System stellt eine Abänderung des in Fig. 15c gezeigten dar. In dem in Fig. 13d gezeigten System werden die £· darstellenden Signale auf einen Digital-Analog-Resolver 250 gegeben, der sie in die analoge Form umsetzt; die Analogsignale gelangen zu einem Differential 252, wo sie mit analogen Signalen Jt verknüpft werden, die der Beschleunigung des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, relativ zum feststehenden Glied, z.B. der Grundplatte, entsprechen. Die Fehlersignale des Differentials 252 werden in der Stufe 254 integriert, deren Ausgangssignale der Differenz zwischen den Ist- und Sollgeschwindigkeiten des beweglichen Gliedes, z.B. 'des Kopfes, entsprechen. Die Fehlersignale der Stufe 254 werden mit dem Faktor f_Q bewertet und auf eine Stufe wie z.B. einen PAR

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gegeben, um den Leistungswinkel zu steuern. Der PAR 256 entspricht dem PAR 244- der Fig. 13c.

Die Ausführungsform der Fig. 13e arbeitet ebenfalls teils analog und teils digital. In der in Fig. 13e gezeigten Ausführungsform werden die digitalen Signale x., die die Inkremente der Sollverschiebung des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, darstellen, auf einen Digital-Analog-Resolver 260 gegeben, der sie in Analogsignale umwandelt, und gelangen sodann in Analogform auf eine Stufe wie z.B. den PAR 262, um den Leistungswinkel θ zu steuern. Digitale Signale, Jt. , die Inkremente der Sollbeschleunigung des beweglichen Gliedes, z.B. des kopfes, darstellen, werden in einer Stufe 264- analogisiert und in einem Differential 266 mit Signalen χ verglichen, die die Istbeschleunigung _des beweglichen Gliedes_T z.B. des Kopfes, relativ zur Grundplatte darstellen. Die Ausgangssignale, die den Beschleunigungsfehlern entsprechen, werden in den Geschwindigkeitsfehlern entsprechende Signale umgesetzt und über einen Addierer 268 auf den PAR 262 gegeben, wie es für die Ausfür^huni-sform der Fig. 13d erläutert wurde. Die die Istbeschleunigung darstellenden Signale werden mit dem Faktor k bewertet und über den Addierer 268 auf den PAR 262 gegeben.

Das in Fig. 1Jf gezeigte System stellt ein vollständig analog arbeitendes System dar. In diesem System werden die Sollverschiebungssignale x_i direkt auf eine Stufe wie den PAR 270 gegeben, um den Leistungswinkel θ zu erzeugen,, Entsprechend werden

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die Analogsignale, die die Sollbeschieunigung X^ des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, darstellen, direkt auf ein Differential 274 gegeben, mit dem Faktor k bewertet und gelangen zu einem Addierer 2^r/6. Die Ausgangssignale des Differentials 274 werden auch integriert und dann auf den Addierer gegeben. In jeder anderen Hinsicht ist das System der Fig. 1Jf mit dem System der Fig. 13e im wesentlichen identisch.

Die Ausführungsform der Fig. 13g arbeitet ebenfalls vollständig analog. In dieser Ausführungsform werden Analogsignale, die die Sollverschiebung x. des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, darstellen, auf eine Stufe 280 wie z_oB. einen PAR gegeben, um den Leistungswinkel θ zu steuern. Die die Sollgeschwindigkeit ±. des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, darstellenden Signale werden mit dem Faktor f bewertet und auf ein Differential 282 gegeben, das sie mit Analogsignalen vergleicht, die - nach einer Bewertung mit dem Faktor f - der Istgeschwindigkeit ± des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, entsprechen. Die vom Differential 282 erzeugten Fehlersignale gelangen zu einem Addierer 284, der sie zu den Signalen addiert, die der Sollbeschleunigung X. des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, bewertet um einen Faktor k, entsprechen. Die Ausgangssignale des Addierers 284 gelangen sodann zum PAR 280, wo sie den Leistungswinkel steuern.

Die Fig. 14 zeigt ein System zur Steuerung des beweglichen Gliedes, z.B. eines Kopfes, relativ zu einem feststehenden

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Glied, z.B. einer Grundplatte, entlang eines Paares von Koordinatenachsen, z.B. die X- und die Y-Achse. Das System der Fig. dämpft auch eine Drehung des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine Achse, die zu der von der X- und der Y-Achse aufgespannten Ebene im wesentlichen senkrecht liegt. In dem System der Fig. liegen auf den Leitungen 300 und 302 zwei digitale Signale, die die positiven oder negativen Inkremente der Sollverschiebung χ. des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, darstellen. Diese Signale werden vom Digital-Analog-Resolver 30^- 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 seih. Diese Signale werden sodann auf ein Paar PARs 306, 308 gegeben.

Digitale Signale, die Inkremente der Sollbeschleunigung X^ des beweglichen Gliedes, z.B. 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 *^ des beweglichen Gliedes, z.B. des Kopfes, in X-Richtung entsprechen. Alternativ können Signale, die Inkremente der Sollgeschwindigkeit *_i darstellen, auf der Leitung 316 vorliegen und durch einen Konverter 318 analogsiert werden. Die Ausgangssignale des Konverters 318 oder des Integrators 314 werden auf einen Addierer 320 gegeben, der sie zu den Ausgangssignalen

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des Konverters 312 addiert, die die Sollbeschleunigung darstellen.

Die Ausgangssignale des Addierers 320 gelangen auf ein Differential 322, dessen Ausgangssignal um den Faktor k bewertet wird, und sodann auf ein Tor 323. Die durch das Tor 323 laufenden Signale erreichen einen Kondensator 324 und laden diesen. Am Kondensator liegt dann ein Analogsignal, das eine Vorspannung für die durch ein Differential 326 laufenden Signale darstellt. Diese Signale erzeugt ein vom Kopf 330 getragenes Akzelerometer 328, um die Beschleunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte in X-Kichtung zu erfassen. Die vom Kondensator 324 im Differential 326 erzeugte Vorspannung gleicht Offset-Fehler aus, die in den vom Akzelerometer 328 gelieferten Signalen vorliegen können, wenn 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 Differential 326, das die Vorkomponente der Akzelerometersignale durch Subtraktion heraushebt; dies ist die Aufgabe der am Kondensator liegenden Spannung. Nach dem Durchlaufen des Differentials 326 werden die Signale in der Stufe 334 integriert und auf ein Differential 322 gegeben, um die Amplitude der das Differentialdurchlaufenden Signale zu steuern. Die Ausgangssignale des Differentials 322 werden auf einen Addierer 336 und ein Differential 338 gegeben.

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Die für die T-Ach.se vorgesehenen Stufen entsprechen denen für die X-Achse. Unter diesen Stufen befindet sich ein Paar von PARs 34-0 und 34-2, die den PAäs 306 und 308 entsprechen. Die Ausgangssignale der PARs 34-0 und 34-2 werden über Treiberstufen auf die Wicklungen der Antriebsvorrichtungen 34-1 und 34-3 gegeben, die den Antriebsvorrichtungen 20 und 22 der Pig. 2 entsprechen. Diese Antre]Lbsvorrichtungen 34-1 und 34-3 bewirken die Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte in Y-äichtung. Unter den Stufen für die T-Richtung befindet sich weiterhin ein Addierer 34-4 und ein Differential 34-6, die dem Addierer 336 und dem Differential 338 für die X—dichtung entsprechen.

Weiterhin ist an gegenüberliegenden Enden des Kopfes 330 ein Paar Akzelerometer 34-8 und 350 vorgesehen, die die Beschleunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte in Y—dichtung erfassen. Wie einzusehen ist, haben die Ausgangssignale des Akzelerometer 34-8 und 350 gleiche Amplituden, wenn die gegenüberliegenden Enden des Kopfes 330 der gleichen Beschleunigung in Y-Hichtung ausgesetzt sind. Wenn jedoch der Kopf 330 sich relativ zur Grundplatte um eine Achse drehen will, die zu der von der X- und der Y-Achse aufgespannten ^bene im wesentlichen senkrecht verläuft, liefert das Akzelerometer 34-8 ein anderes Signal als das Akzelerometer 350. Die Differenz zwischen den von den Akzelerometern 34-8 und 350 gelieferten Signalen stellt die Drehbeschleunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine Achse dar, die zu der von der X- und der Y-Achse aufgespannten Ebene im wesentlichen senkrecht steht. .

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Die Ausgangssignale der Akzelerometer 348 und 350 werden jeweils mit dem .Faktor k bewertet und auf einen Addierer 352 gegeben, der sie addiert; sein Ausgangssignal entspricht dem Mittelwert der Ausgangssignale der Akzelerometer 348 und 350 und der Beschleunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte in Y-Hichtung. Die Ausgangssignale des Addierers 352 laufen zu einem Differential 354, das dem Differential 326 für die X-Üichtung entspricht, weiterhin erhält das Differential 354 Signale aus einer Offset-Korrekturschleife, die der Korrekturschleife aus dem Tor 323» dem Kondensator 424 und dem Differential 326 für die X—dichtung entspricht.

Die Offset-Korrekturschleife für die Y-, X- und Drehachse enthält das Tor 356, das Signale aus einem invertierenden Verstärker 350 erhält. Der Inverter 358 erhält seinerseits aus dem Computer ein logisches Signal mit niedriger Amplitude, das die stationäre Lage des 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, läuft aus einem Differential 360 ein Signal durch das Tor, das die Schwerkraftkomponente und andere Beschleunigungsfehler darstellt, und lädt den Kondensator 361.

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sr

Auf diese Weise erzeugt die Offset-Korrekturschleife bei jeder Bewegung des Kopfes relativ zur Platte ein Signal mit einem konstanten Term, der der Spannung entspricht, die die Schleife beim letztenjStillstand des kopfes erzeugte, indem man eine Offset-Korrekturschleife zur Erzeugung einer Vorspannung für das Differential 35^ vorsieht, geben die dieses durchlaufenden Signale nur die tatsächliche Beschleunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte wieder. Auf diese Weise werden Fehler eliminiert, die eine nicht horizontale Ausrichtung der Grundplatte verursacht.

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

Die resultierenden, die Offset-Korrekturschleife 364 durchlaufenden Akzelerometersignale werden bei 366 integriert; es ergeben sich Signale, die der Drehgeschwindigkeit des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine Achse entsprechen, die zu der von

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der X- und der Y-Achse aufgespannten Ebene im wesentlichen senkrecht liegen. Die Signale aus dem Integrator 366 gehen an einen Addierer 336 und das Differential 338. Die Ausgangssignale des Integrators 366 werden im Addierer 336 zu den Ausgangssignalen des Differentials 322 addiert und im Differential 338 von den Ausgangssignalen des Differentials 322 subtrahiert.

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

Auf diese "eise werden die Leistungswinkel der von den PARs 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 Y-Achse aufgespannten Ebene liegt, unterbunden wird, ■'-'ine entsprechende Steuerung ist für die Leistungswinkel der Ausgangssignale der PARs 3^-0 und 3^2 für die Y-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.

Die Fig. 15 zeigt ein -Uärn^pungssystem mit einem Induktionstachogenerator zur Verbesserung der Steuerung der Verschiebung eines beweglichen Gliedes, z.B. eines Kopfes, relativ zu einem fest-

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S?

stellenden Glied durch Dämpfung der .bewegung des Kopfes in X- und Y-^ichtung und durch Unterbinden einer Drehung des Kopfes um eine senkrecht zu der von der X- und der Y-Achse aufgespannten Ebene senkrechten Achse. Das in J?ig. 15 gezeigte üystem weist Digital-Analog-Resolver 400 und 402 auf, die die digitalen Signale, die die Inkremente der bollverschiebung des Kopfes relativ zur Grundplatte in X- und Y-^ich^ung darstellen, in analoge Signale umwandeln, die ebenfalls diese Verschiebung entlang der X- und der Y-Achse darstellen. Das in i'ig. 15 gezeigte System enthält weiterhin einen Addierer 404, der dem Addierer 320 in.jFig. 14 entspricht und Signale erzeugt, die die Sollgeschwindigkeit ±- in X—dichtung und die Sollbeschleunigung £· in X-Richtung darstellen. Das System enthält weiterhin einen Addierer 406, dessen Ausgangssignale die Sollgeschwindigkeit y. in Y-Richtung und die Sollbeschleunigung y. in Y-Richtung darstellen.

Die Signale aus dem Resolver 4CO werden auf die PARs 408 und 410 gegeben, die den steuerbaren Leistungswinkel θ für die Steuerung der auf die Antriebsglieder 414 angebrachten Kräfte zur Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte in X-^iLichtung liefern. In gleicher weis^e werden die Ausgangssignale des Resolvers 402 auf die PARs 416 und 418 gegeben, die den steuerbaren Leistungswinkel zur Steuerung der auf die Antriebsglieder 419 und 420 zwecks Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte in Y--dichtung aufgebrachten Kräfte liefern.

BAD ORIGINAL

ίθ981270399

Die Geschwindigkeit des Kopfes relativ zur Grundplatte in Y-Hichtung wird von den Induktionstachogeneratoren 422 und 424 erfaßt. Der Aufbau der Induktionstechogeneratoren 422 und ist in Fig. 16 gezeigt und wird unten im Detail erläutert.

Die Ausgangssignale des Tachogenerators 422 kann phasenversetzt sein und folgenden Beziehungen folgen:

= V^cos V* * -äzr

^eB

e. 5 erstes Signal aus dem Tachogenerator 422,

e-g = zweites Signal aus dem Tachogenerator,

ρ = Teilung der Zähne in der Grundplatte, y = Verschiebung des Kopfes relativ zur Grundplatte infY—n-ichtung und

E = maximale Ausgangsspannung des Tachogenerators

Die Ausgangssignale des Tachogenerators 422 laufen zu einer Einheit 430, in der die trigonometrischen Funktionen von den Spannungen e_A und e_ß der Gleichung 23 eliminiert werden. Diese Eliminierung der trigonometrischen Funktionen ist wesentlich, um eine Spannung zu erhalten, die ausschließlich geschwindig-

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keitsproportional ist. Der Aufbau und die Funktion dieser Einheit 4-50, die im folgenden als "TET" bezeichnet wird, sind weiter unten im Zusammenhang mit der Ausführungsform der Fig. 17 im Detäl erläutert. Der TET 430 eliminiert die trigonometrischen Funktionen, indem er die Signale des Tachogenerators mit den Ausgangssignalen des Resolvers 402 verknüpft, die die Sollverschiebung y. darstellen. Entsprechend eliminiert ein TET 432 die trigonometrischen Funktionen aus den Ausgangssignalen des Tachogenerators 424.

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

Die Ausgangssignale der TETs 430 und 432 gehen weiterhin auf ein Differential 444, dessen Ausgangssignale die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der TETs darstellen. Diese Differenzsignale entsprechen der Drehgeschwindigkeit des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine Achse, die im wesentlichen senkrecht zu der von der X- und der Y-Achse aufgespannten Ebene liegt. Diese Differenz-

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signale werden kompensiert, um die Stabilität der Steuerung zu verbessern, und auf den Addierer 4-4-0 und das Differential 442 gegeben. Auf diese Weise werden die die Drehgeschwindigkeit des Kopfes darstellenden Signale im Addierer 440 zu den Signalen addiert, die den Geschwindigkeitsfehler des Kopfes relativ zur Grundplatte in I-iuchtung darstellen, und im Differential 442 von den Signalen subtrahiert, die den Geschwindigkeitsfehler des Kopfes relativ zur Grundplatte in Y-Kichtung darstellen.

Die Ausgangssignale des Addierers 440 und des Differentials 442 werden auf den PAR 416 bzw. den PAR 418 gegeben. Diese Signale stellen Korrektursignale dar, die Drehschwingungen des Kopfes relativ zur Grundplatte um die Achse dämpfen, die im wesentlichen senkrecht zu der von der X- und der Y-Achse aufgespannten Ebene liegt. Weiterhin liefern ein Addierer 456 und ein Differential 448 Signale an die PARs 40. und 410 für die X-Achse, um die Drehung des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine Achse, die senkrecht zu der von der X- und der Y-Achse aufgespannten Ebene liegt, weiter zu verhindern.

Die Fig. 16 zeigt eine Ausführungsform der in den Fig. 15 enthaltenen Induktionstachogeneratoren 432 und 424. In der in Fig. 16 gezeigten Ausführungsform weist die Grundplatte 12 Nuten 16 und Zähne 1ö auf, wie es in der Fig. 4 gezeigt ist. Der Tachogenerator hat ein Paar Magneten 4Ö0 un 482, die von einem Permanentmagneten 484 überbrückt werden. Der Magnet 480 ist mit einem Pa^r von Zähnen 486 und 488 versehen, deren Abstand p(n t 1/2) beträgt. Entsprechend weist der Magnet 482 ein Paar

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Zähne 4-90 und 4-92 auf, mit einem Abstand von p(n ί 1/2). Lter Abstand der Zahne auf dem hagnet 480 und der Zähne auf dem Magnet 4b2 läßt sich ausdrücken als p(n i 1/4-) .

Auf den Zähnen 4-86 und 4-38 sind die wicklungen 4-93 bzw. 4-94-aufgebracht und differentiell in Reihe geschaltet, um die Spannung e_fi der Gleichung 23 zu erzeugen. Entsprechend tragen die Zähne 4-90 und 4-92 die 'wicklungen 4-95 und 4-96, die, diff erentiell in Reihe geschaltet, die Spannung e^ der Gleichung 23a erzeugen. Die Spannungen e. und e-g werden in den Kopf induziert, wenn sich der Kopf in X-riichtung über die Grundplatte bewegt. Die Spannung e. läßt sich ausdrücken als

X3.

-Z Mt

E = Spitzenwert der in den Wicklungen 4-93 und 4-94-induzierten Spannung.

Entsprechend läßt sich die Spannung e-g ausdrücken als

Eine Ausführungsform des TETs ist in Fig. 17 gezeigt. Wie bereits im Zusammenhang mit dem System der Pig. 15 erläutert, erzeugen Tachogeneratoren wie die der Bezugszeichen 4-22 und 4-24- ein Paar

1Ty₀ y _

Signale, die sich als £ E_Q cos ~—- · g^_/ und

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/~E sin · -π~ 7 darstellen lassen. Die vom Resolver

- ο ρ dt - _ ₂^

gelieferten Signale lassen sich darstellen als /ß cos J

²^i -,
und ^ E sin _/ mit E = const. Die cos-Signale aus dem

Tachogenerator - beispielsweise 422 - und dem Resolver 4-02 werden auf einen multiplikator 500 gegeben, die sin-Signale aus dem Tachogenerator und dem' Resolver auf einen Multiplikator 502. Die Ausgangssignale der Multiplikatoren 500 und 502 addiert ein Addierer 504, dessen Ausgangssignal das Ausgangssignal des TETs darstellt. Die multiplikation 500 und 502 und der Addierer 504 bilden einen I¹ET, wie z.B. den TET 430 der Fig. 15.

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

ΈΓ

^(cos "T^ ^{} (cos} "ö—^

Entsprechend liefert der Multiplikator 502 Signale der Form

_o 2Ty 2

^ ^(sin ^ ^ ^{( sin}

^Eo^E dt^ ^(sin T~~^ ^ ^{( sin}

^ läßt sich jedoch ausdrücken als

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d- = Differenz zwischen der Soll- und der Istverschiebung des Kopfes relativ zur Grundplatte in Y—dichtung

Entsprechend läßt sich das Ausgangssignal des Addierers 504· aus-

drücken als

dy 2 TTy 2 ffj

^{= E}o^E ΈΓ ^cos T~^ ^{C0S (}"p~~^{2 +}°^L'^{) (G1#}

dy 21Ty 2

^{2 Sin} ~p-^ ^{i (}

T = Ausgangssignal des Addierers 504.

Nach einer bekannten trigonometrischen Beziehung gilt:

cosA.cosB + sinA.sinB = cos(A-B) (Gl. 27)

Betrachtet man A als 2Ty und B als (y +dL )2 Ύ , folgt

dy y y

¹O " ^E0^E ir ^00S C TT^ - (-ρ"^{2 +}*)-7 <β1. 28)

Damit folgt

dy dy

^To - ^Eo^E dt^{2 cos} (-d.) ^^Eo^E dt^{2 (G1}· ^28a)

da cos dL ^⁶ Ίt wenn man C^ klein hält. Entsprechend liefert der TET 4-30 ein Ausgangssignal, aus dem die trigonometrischen Ifunk-

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tionen von y eliminiert sind.

Die Fig. 1b zeigt ein ,-..ystem, mit verbesserter Leistung durch Rückführung digitaler Signale, die Inkremente der Istgeschwindigkeit des Kopfes relativ zur Grundplatte darstellen. Das System kompensiert gleichfalls die Schwierigkeiten, die bei einer nichthorizontalen Ausrichtung der Grundplatte auftreten können. Das System liefert digitale Signale, die den Inkrementen der Sollverschiebung, -geschwindigkeit und -beschleunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte entsprechen. Diese Signale lassen sich als χ. + f±. + kit. für die X-Hichtung darstellen und werden auf die Komparatoren 520 und 522 gegeben. Der Komparator 520 läßt Signale durch, die den positiven Inkrementen entsprechen, der Komparator 522 Signale, die den negativen Inkrementen entsprechen. Die signale der Komparatoren 520 und 522 werden durch einen Resolver 524 in Analogsignale umgesetzt, der durch Zählung der tii^angsimpulse eine Integration vollzieht. Ein Teil des Ausgangssignals des liesolvers 524 wird auf ein bewegliches Glied, z.B. den Kopf 526, gegeben.

Mit dem Kopf bewegt sich ein Analog-Akzelerometer 528, das die Beschleunigung des Kopfes in X-Hichtung erfaßt. Diese Signale werden in einer Stufe 530 kompensiert, in einer Stufe 532 mit dem Faktor k bewertet und auf einen Komparator 534 gegeben. Das Tor 534 liegt in einer Offset-Korrekturschleife 536» den Toren 540, 542, einem Zähler 544 und einem Spannungsumsetznetzwerk 546.

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Der Komparator 554 erhält vom Netzwerk 5^6 ein Signal, das einen Vorspannungspegel im Komparator erzeugt, um den Durchgang der Signale durch diesen zu steuern. Die durch den Komparator laufenden Signale werden durch den Generator 538 von analogen in digitale mit einer Impulsfrequenz umgewandelt, die der Amplitude der Analogspannung proportional ist. Diese Signale laufen nur dann durch die Tore 540, 542, wenn der Kopf 526 sich nicht bewegt. Dies ergibt sich daraus, daß die Tore 540 und 542 auch über Inverterverstärker 548 und 550 durch Oomputersignale angesteuert werden, die die Bewegung des Kopfes bewirken. Diese logischen Signale haben eine hohe Amplitude, wenn der Kopf sich bewegen soll, und eine niedrige Amplitude, wenn der Kopf stillstehen soll.

Da die Tore 540 und 5^2 nur dann Signale durchlassen, wenn der Kopf stillsteht, stellen die durch die Tore laufenden Signale Dehler dar, die sich aus der Abweichung der Grundplatte von der Horizontalen ergeben. Die durch die Tore 540 und 542 gelassenen Impulse werden vom Zähler 544 gezählt und in eine Analogspannung umgesetzt, die von der Stufe 546 zu einem Bezugs- oder Vorspannungssignal verwandelt wird. Dieser Bezugspegel wird während der Bewegung des Kopfes im Netzwerk 5^6 aufrechterhalten. Diese Spannung wird auf das Differential 534 gegeben, um während der Bewegung des Kopfes bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Kopf wieder stillsteht, einen Bezugs- oder Vorwert darzustellen. Durch das Vorsehen eines solchen Bezugs- oder Vorwertes im Differential 534 entsprechendie vom Akzelerometer 528 durch das Differential■

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laufenden Signale nur der Beschleunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte in X-Richtung.

Während der bewegung des Kopfes durchlaufen diejenigen digitalen Signale, die der Generator 536 als Inkremente der Beschleunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte in X--dichtung liefert, die Tore 552 und 554, da diese vom Rechner mit Befehlssignalen angesteuert werden, die die Bewegung des Kopfes bewirken. Die durch die 'I'ore 552 und 554 lujafenden Signale werden an die Komparatoren 520 und 522 gelegt. Die den positiven Inkrementen entsprechenden Ausgangssignale des Tors 554 liegen am Komparator 522 und werden dort mit Signalen verknüpft, die negative Inkremente der Sollverschiebung χ., -geschwindigkeit ¹X- und -beschleunigung x^ des Kopfes darstellen. Entsprechend werden die negativen Inkremente darstellenden Ausgangssignale des Tors 552 im Komparator 520 mit den Signalen verknüpft, die die positiven Inkremente der Sollverschiebung χ., -geschwindigkeit f- und -beschleunigung £. des kopfes darstellen. Auf diese Weise entsprechen die an den Resolver 524 gegebenen Signale lediglich der Differenz zwischen der Soll- und der Istgeschwindigkeit des Kopfes relativ zur Grundplatte in X-Richtung.

Die Fig. 19 zeigt eine Anordnung, die sich anstelle der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Systeme verwenden läßt, um unter Verwendung eines -Urehresolvers einen steuerbaren Leistungswinkel zu erzeugen. Der Resolver weist ein Paar Wicklungen 560 und 562 auf, die untereinander in einer bestimmten PhasenbeziKJeung -

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z.B. 90° Phasenunterschied - stehen. Die wicklungen 560 und 562 befinden sich auf einem feststehenden Glied, wie beispielsweise einem Ständer. Ein Anschluß der Wicklungen 560 und 562 liegt jeweils an einem Bezugspotential, z."¹"¹. dem Massepotential. Der andere Anschluß der Wicklungen 560 und 562 nimmt Signale der Form (P.cos ß) bzw. (P.sin ß) auf.

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

Die Welle 564 wird um einen Winkel (Γ (Fig. 7a) gegenüber dem Ständer gedreht. Da der Ständer Signale mit einem Winkelversatz von ß (in ,Zeigerform) aufnimmt, ist der Winkelversatz der vom Rotor gelieferten Signale (ß + O ). Die Beziehung zwischen den Winkeln ß und Q zur Erielung des Leistungswinkels θ ist aus Fig. 7a ersichtlich.

Fig. 20 zeigt eine Einrichtung, die in einer vorgegebenen Modulatoreinrichtung ein vollständiges Beschleunigungserfassungsund Integrationssystem und eine Dämpfungsschleife für den Synchronmotor zusammenfaßt. In der in Fig. 20 gezeigten Ausführungs·

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form liegen auf einem Leitungspaar 570, 572 Signale, die eine erste trigonometrische Funktion darstellen - z.B. cos (2#^^/ρ). Wie einzusehen ist, stellen diese Signale eine trignometrische Funktion der Sollverschiebung des Kopfes relativ zur Grundplatte in X-iiichtung dar. Entsprechend liegen auf dem Leitungspaar 574 und 575 Signale der trigonometrischen Funktion sin(2^x./p).

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

Die Potentiometer 578 und 580 weisen bewegliche Arme auf, die über ein Gestänge 582 mit einer Welle 584- verbunden sind. Ein Ende einer Spannfeder 586 ist mit der Vi/elle 584 und das andere Ende an einem festen Bauteil, z.B. einem Gehäuse 588, befestigt. Weiterhin ist auch der Rotor 590 einer Bremsvorrichtung 592 mit der Welle 584- gekoppelt und dreht sich mit dieser. Weiterhin trägt die Welle 584- einen Arm 594-, an dessen freiem Ende sich ein Gewicht 596 befindet. Der Arm 594- wird normalerweise durch eine Feder 598 zentriert, deren eines Ende am Arm 594- und deren anderes Ende am Gehäuse 588 befestigt ist.

Das Signal auf dem beweglichen Arm des Widerstandes 578 wird auf einen Summierer 600 gegeben, ebenso wie das Signal auf der

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Leitung 574. Entsprechend liegt das Signal des beweglichen Armes des Potentiometers 580 am Summierer 602, der es zu dem Signal der Leitung 570 addiert. Die Ausgangssignale der Summierer 600 und 602 werden über Leistungsverstärker 604, 606 auf den Kopf gegeben, um diesen mit einem steuerbaren Leistungswinkel zu beaufschlagen und so die Bewegung des Kopfes in X-Richtung zu steuern.

Jede Beschleunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte in X-Richtung resultiert in einer entsprechenden Beschleunigung der Masse 596, die dadurch mit dem Arm 594 zusammen ausschwingt und die Welle 584 dreht. Die Winkelbeschleunigung wied von der Drehbremse 592 kontrolliert, die die Beschleunigung in eine Geschwindigkeit entsprechend der WinkelverSchiebung der Welle 584 und der beweglichen Arme der Potentiometer 578 und 580 umsetzt.

Die Kombination der cos-Signale vom Anschluß 570, Addierer 602 und Potentiometer und der sin-Signale vom Anschluß 574, Addierer 600 und Potentiometer 578 stellen einen PAR dar, der den Eingangszeiger des Motors verschiebt, um den Leistungswinkel proportional zur Drehauslenkung der Welle 589 ü|dn damit die Geschwindigkeit des Kopfes in X-Richtung zu steuern. Hieraus ergibt sich der gewünschte Geschwindigkeitsterm, der die Bewegung des Kopfes entlang der X-Achse dämpft.

Die hasse 596 läßt sich durch die S¹ ed er 598 in der Ruhelage zentrieren. Diese !Feder 598 ist jedoch, wie einzusehen ist, nicht

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unbedingt erforderlich. Die Spannfeder 5Ö6 ist vorgesehen, um eine Abweichung der Grundplatte von der Horizontalen auszugleichen.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Einstellvorrichtung mit einem Standerglied, einem mit dem Ständerglied zusammenwirkend angeordneten Läuferglied, die untereinander Kräfte in einer Richtung zwecks Verschiebung des Laufergiiedes relativ zum Ständerglied erzeugen, mit einer ersten, in Beziehung zu einem bestimmten der beiden Glieder angeordneten Einrichtung, die dieses bestimmte Glied nach Maßgabe mindestens eines periodischen oignals zur Erzeugung von Kräften zwischen dem Ständerglied und dem Läuferglied in der Verschiebun^srichtung erregt, wobei die Verschiebung synchron zu dem einen bzw. den periodischen Signalen ist, gekennzeichnet durch eine zweite, die erste Einrichtung einschließende Einrichtung, die eine Drehung; des Läufergliedes relativ zum Ständerglied uri eine zur Verschiebungsrichtung des Läufergliedes senkrechte Achse unterdrückt (306, 336, 338, 308, 340, 344, 346, 352 in Fig. 14), durch eine dritte Einrichtung, die betrieblich mit dem Ständerglied oder dem Läuferglied gekoppelt ist, zur Erzeugung von Signalen, die eine zeitliche Ableitungsfunktion der Ist-Verschiebung des Läufergliedes relativ zum Ständerglied darstellen (326, 3^8, 350 in JB¹Ig, 14), und durch eine vierte Einrichtung, die auf die Signale aus der dritten Einrichtung anspricht und diese auf die erste Einrichtung gibt, um eine Drehung des Läufergliedes relativ zum Ständerglied um eine zur Verschiebungsrichtung des Läufergliedes senkrechte Achse zu dämpfen (352, 35^, 562, 360, 356, 364, 366, 332, 326, 334, 322,

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   f V

   in Fig.

   2. .einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung Signale liefert, die die Geschwindigkeit des Läufergliedes relativ zum Ständerglied darstellen.

   3. Einsteilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dui-'ch eine auf das bzw. die periodische(n) Signale ansprechende Einrichtung, die diese Signale um einen steuerbaren Leistungswinkel verschiebt, damit die Bewegung des Läufergliedes relativ zum ötänderglied die von dem bzw. den periodischen Signalen geforderten Bewegungen genauer wiedergibt (3OG, 30ö, 340, 342 in .Kig.

   4. Einstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Läuferglied entlang jeder der beiden Koordinatenachsen relativ zum ständerglied bewegbar ist und die genannten einrichtungen für jede der beiden Achsen vorgesehen sind, um eine unabhängige steuerung der Einstellbewegung entlang jeder der Achsen zu erreichen.

   5- Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Einrichtung erste und zweite Vorrichtungen aufweisen, die seitlich im Abstand zur Bewegungsrichtung des Läufergliedes liegen, sowie Mittel aufweisen, um jede Vorrichtung mit mindestens einem entsprechenden periodischen Signal zwecks Erzeugung der genannten Kräfte zu erregen, wobei die dritte .einrichtung zwei gegenseitig auf

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   -ge. .2265248 3

   Abstand liegende Wandler aufweist, die auf die Relativbewegung zwischen dem Ständerglied und dem Läuferglied ansprechen und zwei Signale abgeben, die eine zeitliche Ableitungsfunktion der Relativbewegungen am Ort der wandler darstellen (348, 350 in Pig. 1A-), und daß eine Vorrichtung (352, 354» 360, 356, 362, 364, 366) zur Bildung eines Differenzsignals aus den genannten beiden Signalen vorgesehen ist, wobei weiterhin eine vierte Einrichtung vorgesehen ist, die die Phase des bzw. der periodischen Signals bzw. Signale, das bzw. die einer bestimmten der ersten und zweiten Vorrichtung entsprechen, abhaig.g vo m Differenzsignal vorverschiebt und die Phase des bzw. der der anderen der ersten und zweiten Vorrichtungen entsprechenden Signals bzw. Signale abhängig von dem Differenzsignal nachverschiebt, um die Dämpfung der Drehbewegung' zu erreichen (306, 336, 338, 308, 340, 344, 346, 342 in Fig. 14).

   6. Einstellvorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler Akzelerometer sind und Beschleunigungen darstelllende Signale abgeben.

   7. Einstellvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzsignal durch Integration der Differenz zwischen den Beschleunigungssignalen erzeugt wird und die Drehgeschwindigkeit des Läufergliedes darstellt (364, 366 in . 14).

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   ö. Einstellvorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler Geschwindigkeiten darstellende Signale erzeugen und das Differenzsignal die Drehgeschwindigkeit des Läufergliedes darstellt.

   9. Einstellvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (360 in I¹Ig. 14), die ein Fehlersignal, das die Differenz zwischen der Ist- und der Soll-Geschwindigkeit des Läufergliedes in der Bewegungsrichtung darstellt, erzeugt, und durch eine Einrichtung, die das Fehlersignal derart anlegt, daß die Phase der die erste und die zweite Vorrichtung von (360 zu 3^4 und 3^6, von 322 bis 336 und 33b in Fig. 14) erregenden periodischen Signale vor- oder nachverschoben wird, um die genannte Differenz auf Null zu bringen, wobei die zweite Einrichtung das Differenzsignal mit dem angelegten Fehlersignal additiv verknüpft, um die Phase des einen bzw. der periodischen signale, das bzw. die die erste oder die zweite Vorrichtung erregt, vor- oder nachzuverschieben und die vierte Einrichtung des Differenzsignal differentiell mit dem angelegten Fehlersignal verknüpft, um die Phase des einen bzw. der periodischen Signale, das bzw. die die Jeweils andere Vorrichtung erregt, vor- oder nachzuverschieben.

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