DE2265246C2

DE2265246C2 - Anordnung zur Steuerung der Linearbewegung einer magnetisch wirkenden, synchronen Einstellvorrichtung

Info

Publication number: DE2265246C2
Application number: DE2265246A
Authority: DE
Inventors: Bruce Alden Del Mar Calif. Sawyer
Original assignee: Xynetics Inc
Current assignee: Xynetics Inc
Priority date: 1971-04-19
Filing date: 1972-04-17
Publication date: 1983-12-29
Also published as: AU4119272A; NL7205213A; DE2219155C3; DE2265246A1; SE7504491L; DE2265245A1; SE7504492L; SE398563B; JPS5024685A; SE389206B; JPS5248271B1; CA977820A; FR2133838A1; DE2219155A1; DE2265245C2; AU472542B2; SE405646B; DE2219155B2; FR2133838B1; GB1392753A

Description

— zwisc/iui die Signaleinrichtung (304) und jeder Crrcerein.rich'ung eingefügte Phasenverschiebungseinrichtungen (306, 308) zur augenblicklichen Phasenverschiebung der periodischen Signale unter Aufrechlerhaltung ihrer gegenseitigen Phasenbeziehung.

— 2 parallel, aber im Abstand zueinander am beweglichen Glied (33U) angeordnete, die Bewegung des letzteren quer zur Verschiebungsrichtung erfassende Mcßwandler (348, 350).

- ein Diffcrenzglicd (362), dem die Ausgangssignale der Meßwandlcr (348,350) zugeführt sind.

- das Atssgangssignal des -Jiffercn/gliedes (362) wird den beiden Fhiir-icnversdiicbungseiMrichlungcn (306, 308) mil onig-.^cnycsclztcn Vorzeichen zugeführt. Sd daß es bei dem ersten l'olschuhclcmcnt eine· Verschiebung in der bestimmten Richtung und bei dem /weilen Polschiihclemcnt eine Verschiebung in Gcgcnrichiung bewirkt (F-" i g. 9).

2. Anordnung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Mcßwandlcr Beschleunigungen quer zur Vcrschicbiingsrichlung messende Ak/elcrcomctcr (348,350) sind und daß das Ausgangssignal des Diffcrcnzglicdes (362) über ein Intcgrierglicd (366) den beiden Phascnvcrschiebungseinrichtungcn (306,308) zugeführt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwandler Geschwindigkeiten quer zur Vcrschicbungs.ichlung messende Geschwindigkeitsmesser sind, und daß das Ausgangssignal des Diffcrcnzglicdcs (362) die Drehgeschwindigkeit des beweglichen Gliedes (.330) darstellt.

4. Anordnung nach Anspruch I und 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Diffcrcn/gliedcs (362) über eine Fehlcrkompensaiionsschallung(364) den Phasenvcrschiebiingseinrichliingen (306, 308) jeweils vorgeschalteten Addicrglicdern (336 bzw. 338) zugeführt wird, in denen es jeweils zu dem Ausgangssignal eines weiteren Diffcien/glicdes (322) addiert wird.das die Differenz zwischen der Sollbcschlcunigung V, und der Ist-Bcschlcunigung v> des beweglichen Gliedes (330) darstellt.

5. Anordnung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Phascnvcrschicbiingscinrichlungcn einen 2-Phascngencralor (94) aufweisen, dessen Ausgangssignal über Leiter (90 und 92) einem ersten Eingang von Addiergliedern (106 bzw. 100) eingegeben sowie einerseits über eine Umkehrstufe (95) bzw. andererseits unmittelbar jeweils einem Eingang von Multipliziergliedern (96 bzw. 104) zugeführt sind, in denen die Ausgangssignale jeweils mit einem Signal veränderlicher Amplitude multipliziert werden, wobei das Ausgangssignal jedes Multipliziergliedes (96 und 104) einem zweiten Eingatg jedes Addiergliedes (100 bzw. 106) zwecks Addition mit dem entsprechenden Ausgangssignal zugeführt ist und der Ausgang der Addierglieder (106 und 100) mit dem Ausgang (108 bzw. 102) der Phasenverschiebungseinrichtungen verbunden ist (F i g. 7).

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Linearbewegung einer magnetisch wirkenden, synchronen Einstellvorrichtung in einer bestimmten Richtung mit einem ersten, ein Raster magnetischer Zähne aufweisenden plattenförmigen, feststehenden Glied und einem zweiten, mindestens zwei parallel, aber im Abstand zueinander angeordneten zwciphasigen Polschuhelementc tragenden beweglichen Glied, mit einer elektrischen Signaleinrichtung zur Abgabe zweier periodischer, um 90^r zueinander phasenverschoben·!' sinusförmiger, eine Verschiebung beinhaltender Signale an die Errcgercinrichtung der Polschuhelementc. um eine synchron zu den elektrischen Signalen verlaufende stetige Bewegung auszuführen.

Bei einer derartigen Anordnung gemäß dem alleren Patent DE-PS 21 23 872 ist eine Drehung des beweglichen Gliedes um eine zur Bewegungsebene senkrechte Drehachse möglich, und eine derartige Steueranordnung findet /usamiiien mit Synchroiiniotorcn Anwendung, die häufig verwendet WLTdCIL₁-¹Hi einem Stellglied eine Bewegung zu erteilen. Synchronmoiore sind hierfür vorteilhaft, da die Bewegung eines ersten Gliedes relativ zu einem zweiten Glied synchron zur l'eriodizitäl der am Motor liegenden Eingangssignal erfolgt. Wenn beispielsweise Weehselsignale einer bestimmten Frequenz an den Motor gelegt werden, bewegt sich das erste Glied gegenüber dem /weilen um Teilstrecken mit einer Geschwindigkeit, die der Frequenz der Eingangssignal proportional ist. Synchronmoiore sind weiterhin vorteilhaft, da sie es

w ermöglichen, bei einer gegebenen Masse das erste Glied gegenüber dem zweiten Glied schneller zu beschleunigen oder zu verlangsamen als bei anderen Moloren, wie z. B. Asynchronmoloren.

Unter bestimmten Umstünden ist die Bewegung des ersten Gliedes des Synchronmotor der Pcriodi/iiät der Eingangssignal jedoch nicht genau proportional. Beispielsweise kann das bewegliche Glied in Kesonan/ geraten, so daß die augenblickliche BewcguMg des bewegten Gliedes den Eingangssignal 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, el. h. des Werkzeuges oder Schreibstiftes, ernsthaft in Frage gestellt ist.

Der l.cislungswinkel des Motors wird i:esieiien. mn

eine Fehlerfunk-.ion 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 die Phase der Eingangssignale augenblicklich um einen bestimmten Winkel nachgestellt wird. Hierdurch wird eine steuerbare Kraft erzeugt.

Regelschleifen nehmen Signale auf. die eine Funktion der Ist-Verschiebung des beweglichen gegenüber dem feststehenden Glied sind. Derartige Signale können die Verschiebung. Geschwindigkeit oder Beschleunigung bzw. deren kombinationen des bewegten gegenüber dem feststehenden Glied darstellen. Die von der Regelschleife erzeugten Signale steuern den Leistungswinkel im Motor. Wenn die Signale die Geschwindigkeit darstellen, dämpft die Regeischieife die Verschiebung des bewegten gegenüber dem feststehenden Gt'icd. um jede Neigung des bewegten Gliedes, in Resonanz zu geraten, zu unte-drücken oder mindestens so klein wie möglich zu halten. Wenn die Signale die Verschiebung oder die Beschleunigung darstellen, steuert die Regeischieife die Resonanzfrequenz des bewegten Gliedes und damit unter idealen Bedingungen die Verschiebung des bewegten gegenüber dem feststehenden Glied.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Steuerung der Linearbewegung einer magnetisch wirkenden, synchronen Einstellvorrichtung tiemäß der eingangs genannten Art so zu geseilten, daß eine Drehbewegung des beweglichen Gliedes um eine zur Rewegimgscbene senkrechte Drehachse im Ansatz erfaßt, kompensiert bzw. letztlich verhindert w ird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß gelöst durch

- /wischen die Signaleinrichtung und jeder Erregcreinrichtung eingefügte Phasenversehicbimgscinrichtungen zur augenblicklichen Phasenverschiebung der periodischen Signale unter Aufrcchterhaltung ihrer gegenseitigen Phasenbeziehung.

- /wci parallel, aber im Abstand zueinander am beweglichen Glied angeordnete, die Bewegung des letzteren quer zur Verschiebungsneliiung erfassende Meßwandler.

- ein Differenzglied, dem die Ausgangssignale der Meßwandler zugeführt sind.

- das Ausgangssignal des Differcnzglicdcs wird den 5i> beiden Phasenverschiebungseinrichtungen mit entgegengesetzten Vorzeichen zugeführt, so daß es bei dem ersten Polschuhelenient eine Verschiebung in der bestimmten Richtung und bei dem zweiten Polschuhclcment eine Verschiebung in Gegcnrichtung bewirkt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindiingsgemäßen Steueranordnung ergeben sich aus den Unteranspriichen.

Die erfindungsgcmaße Steueranordnung verhindert in schneller ansprechender Weise eine Drehung um eine zur Bewegungsebenc senkrechte Drehachse und erweist sich insbesondere im Zusanimenhang mit bekannten Synchronmotoren JUS-PS j S 7b 578 und 34 57 482) als geeignet einset/bar. bei eignen das feststehende Glied von einer Grundplatte iin^i das bewegliche Glied von einem ein- oder zweiachsig 'iber diese Grundplatte bewegbaren Kopf gebildet wird. Wenn der Kopf gegenüber der Grundplatte entlang zweier Koordinatenachsen bewegbar ist. kann die Bewegung gleichzeitig entlang jeder der Achsen erfolgen, wobei die Bewegung entlang der einen Achse von der Bewegung entlang der anderen Achse vollständig unabhängig ist.

Da der Kopf nicht auf der Grundplatte aufliegt, kann seine Bewegung über die Grundplatte mit hoher Geschwindigkeit und hoher Beschleunigung oder Verlangsamung erfolgen, insbesondere da die Kopfmasse verhältnismäßig niedrig ist.

Wird dem Synchronlinearmotor ein gesteuerter Leistungswinkel angeboten, so läßt sich die Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte so steuern, daß die Bewegung des Kopfes über die Grundplatte in jedem Augenblick optimal erfolgt, d. h.. die Leistungswinkel werden von der erfindungsgemäßen Anordnung so gesteuert, daß eine Drehung des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine Drehachse, die senkrecht zur Bewegungsebene liegt, unterbunden wir.:.

Die crfindüngsgcmäßc Anordnung wird nun im einzelnen anhand der Zeichnungen erläutert In letzteren sind

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

F i g. 2 eine vergrößerte Perspektiva^icht des in F i g. 1 gezeigten Kopfes.

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

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

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

F i g. 5 ein Vektordiagramm, aus dem die Beziehung /wischen der augenblicklichen Lage des Kopfes und den zwecks dessen Antrieb am Kopf liegenden Signale ablest- .r ist.

Fig. b ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfiiulungsgemiißen Anordnung mit offener Regelschleife zum Antrieb des Motors der Fig. 1 bis 4a mit den die Funktion des Systems beschreibenden Gleichungen.

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

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

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

Fig. 8 ein BlockJ: igramm einer weitere!, Ausführungsform des in F i g. 7 gezeigten Teils der Anordnung,

F i g. 8a ein Zeige^rdiagramm der Eingangsgrößen und der Ausgangsgrößen des in Fig. 8 gezeigten Teils der Anordnung, und

Fig, 9 das Blockdiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zur Steuerung der Bewegung eines Kopfes relativ zu einer Grundplatte mit Geschwindigkeitsrückführung und Dämpfung einer Drehung 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.

liin im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen

Anordnung verwendbarer I.inear-Kcakiionsmotor IO weist, wie aus F i g. I hervorgeht, ein feststehendes Glied in Form einer Grundplatte 12 und ein bewegliches Glied in Form eines Kopfes 14 auf. Dieser Motor kann in ähnlicher Weise aufgebaut sein, wie ;tus den US-PS 33 76 578 und 34 57 482 hervorgeht, d. h. die Bewegung des Kopfes 14 kann relativ zur Grundplatte 12 entlang einer einzigen Achse oder entlang eines Paares von Koordinatenachsen erfolgen.

Wenn der LinearReaktionsmotor magnetisch arbeitet, kann die Grundplatte 12 aus einem fcrromagnetischen Material hergestellt und mit Nuten 16, die untereinander auf Abstand liegen, versehen sein, so daß magnetische Zähne 18 entstehen. In einem typischen Aufbau sind die Nuten 0.52 mm breit und 0.52 mm tief und ihr Mittenabstand betragt 1.04 mm. Der Abstand zwischen den Mittellinien der Nuten laßt sich als die Nutenteilung bezeichnen. Die Nuten können offen sein.

wobei Luft Tils piiCmiVidgPiCiiSiilCS MütCPiu! diCf·':

vorzugsweise werden sie jedoch mit einem Kunststoff oder anderen niehimagnetischen Feststoff ausgefüllt. um der Grundplatte 12 eine glatte Oberfläche zu geben. Die Nuten 16 und die Zahne 18 bilden zusammen eine Gitterstruktur.

Ist der Kopf relativ zur Grundplatte entlang einer einzigen Achse bewegbar, so weist der Kopf zwei Gruppen von Magneten 20 und 22 auf. die in einem Halter 24 angebracht sind, wobei die Polflächen der Magneten sich an der Halteroberfläche befinden. Typischerweise kann der Halter 24 eine Aluminium- oder Kunststoffplatte mit zwei öffnungen sein, die die Magneten auinehmen. Die Magnetgruppen 20,22 liegen zur im wesentlichen parallelen Grundplatte 12 und dienen dazu, den Kopf 14 über die Grundplatte fortzubewegen und einzustellen.

Da die beiden Gruppen von Magneten 20 und 22 gleich aulgeb;!!!! sein können, wird hior nur eine im einzelnen beschrieben. )ede Gruppe kann aus zwei Magneten bestehen, deren jeder zwei Polstücke aufweist. Die Magnetgruppe 20 enthält einen Rahmen 26 und die Polstiicke 28, 30, 32 und 34. Jedes der Polsuicke 28, 30, 32, 34 kann aus einem Stapel von ge:.:v:v:en Blechen bestehen. Eine Wicklung 36 kann unter magnetischer Kopplung mit den Polstücken 28 und 30. eine Wicklung 38 unter magnetischer Kopplung mit den PolsUicken 32 und 34 gewickelt sein. Ein U-förmiger Magnet 40 mit den Polstücken 28 und 30 ist beispielsweise mittels einer Schraube an der Rippe 42 des Rahmens 26. ein entsprechender Magnet 44 mit den Polstücken 32 und 34 an einer Rippe 46 des Rahmens 26 befestigt. Der Räumen 26 bc'.eht aus nicht magnetischem Material, wie z. B. Aluminium, und in der vorzugsweise \erwendeten 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 magnetischem Material und vorzugsweise eine Vielzahl von Zähnen der gleichen Breite und mit dem gleichen Abstand wie die Zähne 18 aus magnetischem Material in der Platte 12. Beispielsweise kann das Polstück 28 ein Paar Zähne »a« und »o< (Fig.4) haben, deren Breite jeweils der Breite der Zähne 18 und der Nuten 16 in der Grundplatte 12 entspricht Alternativ kann jede der Polflächen auf den Polstücken 28 und 30 eine V^:elzahl von auf Abstand liegenden Zähnen aufweisen, wie es die F i g. 3 zeigt.

Wenn die Polstücke 28 und 30 aufgebaut sind, wie es die F i g. 4 zeigt, sind die Zähne »;/« und »cn zueinander so angeordnet, daß. wenn einer sich über einen Zaun 18 aus magnetischem Material auf der Grundplatte 12 befindet, der andere sich über der Nut 16 aus nichtmagnctischcm Matrial in der Grundplatte befindet. Mit anderen Worten, der Abstand zwischen den Mittellinien der Zähne »;»« und »c« kann gleich p(n± '/:) sein, wobei η eine ganze Zahl und ρ die Teilung des Giticrs auf der Grundplatte 12 oder die Entfernung

ίο zwischen den Mittellinien aufeinanderfolgender Nuten bzw. Zähne der Grundplatte 12 ist. Die Polstiicke 30, 32 und 34 sind entsprechend aufgebaut.

Das Polstück 30 hat magnetische Zähne, die als »;i >·· und »c« bezeichnet sind. Die Polstücke 28 und 30 des Magneten 20 haben untereinander einen solchen Abstand, daß die magnetischen Zähne a und ;;' gegenüber den Nuten 16 und den Zähnen 18 in gleicher Weise angeordnet sind und daß die magnetischen Zähne c und c' ebenfalls gegenüber den Niurn 16 und den Zähnen 18 in gleicher Weise angeordnet sind. Mit anderen Worten, die magnetischen Zähne :i und ;*' befinden sich jeweils gleichzeitig bei den magnetischen Zähnen 18, ebenso wie die magnetischen Zähne fund ι"' sich gleichzeitig bei den Nuten 16 befinden.

Der Magnet 44 ist in ähnlicher Weise aufgebaut wie der Magnet 40. Die Magneten 40 und 44 sind so auf Abstand angeordnet, daß. wenn die Zähne eines Magneh α direkt über einem Zahn 18 oder einer Nut 16 liegen, die Zähne des anderen Magneten sich in der

ίο Mitte zwischen einem Zahn 18 und einer Nut 16 befinden. Die Mittellinien entsprechender Zähne der Magneten 40 und 44 haben also -ion Abstand p(n± ¹O-Die beiden Magneten einer Gruppe werden als

A-Phasen-Magnct und B-Phasen-Magnet bezeichnet. In der vorzugsweise verwendeten Ausführungsform mit zwei parallelen Gruppen von Magneten, wie sie die Fig. 2 zeigt, sind die Magneten einer Gruppe - vuo z. B. die der Gruppe 20 - so ungeordnet, daU die Α-Phase links und die B-Phase rechts liegt, und die Magneten der anderen Gruppe — wie z. B. der Gruppe 22 — so angeordnet, dali die B-Phase links und die A-Phase rechts liegt. Diese Anordnung ergibt ein verbessertes Gleichgewicht der an der Antriebsvorrichtung — wie /. B. dem Kopf 14 — liegenden Kräfte und hält dessen Neigung, sich um eine senkrecht zur Oberfläche der Grundplatte 12 verlaufenden Achse zu drehen, so gering wie möglich. Bei dieser Anordnung liegen die Magneten einer Gruppe im Abstand f)(n+ '/4) und die Magneten der anderen Gruppe im Abstand p(n-'/*).

Wenn nun — vgl. F i g. 4 — der Strom in der Wie.lung 36 des A-Phasen-Magneten 40 mit voller Stärke fließt, addiert sich der erzeugte Magnetfluß zu dem durch den Permanentmagneten 40 in den Polflächen ;i und .·/' erzeugten Vormagnetisierungsfluß und subtrahiert sich von dem Vormagnetisierungsfluß. die der Magnet in den Polflächen c und c' erzeugt: damit reduziert sich der Fluß in den Polflächen cund c'ungefähr zu Null. 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 dieser- Zeitpunkt ist der Strom /«in der Wicklung 38 des Magneten 44 gleich Null, und die Flüsse in den Zähnen d und b des Polstücks 32 und in den Zähnen d'und ft'des Polstücks 34 sind im wesentlichen gleich. Die Größe dieser Flüsse kann die Hälfte des durch den A-Phasen-Magneten in den Zähnen a und a'(F i g. 4) erzeugten und ein Viertel des in den Zähnen a und n' in Fisr.4

',T/ciii: ι cn scm. wenn der Slrmn /ι diiivh tlic Wicklung ib iliel't. Die /ahne i/iiiul ι/'hegen um i80 gegenüber ilen /.innen h un<! Λ verdreht. so da 1.5 im Ergebnis die /.linie h. h. ι/ und ι/ keine Kralle erzeugen, die den Kupl 14 über die Grundplatte 12 bewegen konnten. I ^!ntcr diesen Bedingungen \ er bleibt der Kopf 14 in eier Stellung (W Fig. 4.

I hu den Kopf ledoch nach rechts /ti verschieben, wird der B-Pliasenstrom mn einei I lul.inci.'ung angeschaltet, dall die magnetischen Müsse in t/und c/'auf Null und '.lic Iltisse ¹H b und b auf ihr Ma\imum gehen. Wenn dies geschieht, uirkt auf den Kopf 14 eine positive Kraft ein. die ihn nach rechts (Γ i g. 4) bewegt.

Wenn der Kopf 14 sich um eine Vierlelteilung bewegt hai. kann der Ii Phasensirom ab- und der A-Phasenstrom angeschaltet werden, wobei seine Polarität der in Fig. 4 gezeigten entgegengesetzt sein muß. Dann bewegt sich der Kopf 14 um eine Strecke nach rechts, die einer weiteren Viertelteilung entspricht, so dall die Ziihne c und c' dann über den /ahnen 18 auf der Grundplatte 12 liegen. Für ilen nächsten Schritt kann der A-Phasensirom ab und der B-Phasenstrom mit einer der oben beschriebenen entgegengesetzten Polarität angeschaltet w ei Jen. Der nächste Schritt erfolgt durch Anschalten des in |· 1 g. 4 gezeigten Stromes. Mine schrittweise Bewegung in der entgegengesetzten Richtung erfolgt, indem man die Ströme in der umgekehrten Reihenfolge schaltet.

Die Wicklungen 36 und 38 und die Λ-1'hasen- und ßl'hasepmagneten lassen sich auch gleichzeitig erregen. Die an die Windungen 36 und 38 gelegten Signale können periodisch und gegeneinander um 90 phasenverschoben sein. Beispielsweise kann man Sinussignale an die Wicklung 56 und Cosiniissignalc an die Wicklung 38 legen. Wenn dies der I all ist. erfolgt die Bewegung des Kopfes 14 nicht schrittweise, wie oben beschrieben, sondern kontinuierlich, iiic Kicliiutij: ilei newegiing des Kopfes 14 über tier Platte 12 lallt sich umkehren, indem an die Phase eines der Eing.ingssignale — wie /.. B. das .Sinussignal — umgekehrt oder die Vektoren der F.ingangssignale in der entgegengesetzten Richtung dreht.

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

Die Beschleunigung und Verlangsamung des Kopfes und dessen gesteuerte Bewegung in Synchronismus mit der Periodizität 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 Köpf 14 ein Glied 48 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 48. d.h. das Werkzeug oder der Schreibstift, läßt sich leicht beobachten. Ein weiterer Vorteil ist. daß das Glied 48 unmittelbar vom Kopf getragen wird, so daß die Stellung dieses Gliedes in direkter Beziehung zur Stellung des Kopfes steht.

Da die Wicklungen 36 und 38 periodische Signale erhalten, die der Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte entsprechen, läßt sich die Bewegung des

to Kopfes vorteilhafterweise entlang jeder der Koordinatenachsen in jedem Augenblick durch die Anzahl der Perioden und deren Teile bestimmen, die an den Wicklungen 36 und 38 liegen. Weiterhin 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 Nuten 16 laufen. Auf diese Weise erzeugen die Fühler periodische Signale, deren Penode

>o der Bewegung des Kopfes um eine Strecke entspricht, die gleich der Teilung zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen 18 ist.

Der Kopf 14 befindet sich zwar auf Abstand, aber in unmittelbarer Nähe zur Grundplatte 12. Ve.achiedene Mitlei lassen sich einsetzen, um diesen Abstand aufrechtzuerhalten — z. B. eine Luftkissenlagerung. Beispielsweise kann die Steuerleitung 50 (Fig. 4a) die Zuführung einer Druckluftversorgung darstellen. Die Luftzuführung dieser Steuerleitung mündet in einem Rohr 52. das mittels einer in einem Loch 56 befindlichen Schrauue 54 in Stellung gehalten wird. Ein Durchlaß 58 in der Schraube 54 stellt eine Strömungsverbindung zu den Durchlässen 60 her. die sich von der Schraube hinwegersirecken und in Auslaßöffnungen 62 (Fig. 2)

J5 münden.

Die Grundgleichung für die magnetische Kraft in

des veränderlichen magnetischen Widerstandes ist:

/=du/dx

wobei
F =

magnetische Kraft zwischen dem Kopf 14 und der Grundplatte 12

Energieinhall des magnetischen Feldes
Verschiebung des Kopfes 14 relativ zur Grundplatte 12 entlang der X-Achse.

Für magnetische Anordnungen mit weicheisernen Flußpfaden ist bekannt.daß

1 /2 (MMKf — dx

(Gl. 2)

ist, mit MMK =

magnetomotorische Kraft zwischen dem Kopf 14 und der Grundplatte 12 und ^: magnetische Permanenz (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 14 und der Grundplatte 12 für jede Achse ableiten. &5 Es gilt siso:

F_x = 1/2 (MMK)²—
δχ

(Gl. 3)

Kraft zwischen Richtung

Kopf und Grundplatte in X-

1/2 (MMK)² — öy

(Gl. 3a) mit

Kraft zwischen dem Magneten 22 und der Grundplatte in X-Richtung const. Strom durch die Wicklung 38

Kraft zwischen Richtung, und

Kopf und Grundplatte in Y-

= 1/2 (MMK)² — 6z

(Gl. 3b) Wie oben beschrieben, stehen die Ströme durch die Wicklungen 36 und 38 periodisch in Beziehung zu der Verschiebung zwischen dem Kopf und der Grundplatte bzw. mit anderen Worten, zu der zwischen der Grundplatte und den den entsprechenden Wicklungen zugeordneten Magneten erzeugten Kraft. i_A und i_B lassen sich also mit trigonometrischen Funktionen des

F₂ = Kraft zwischen Kopf und Grundplatte in z-Kichtung, d. h. der zur Grundplatte 12 senkrechten Achse.

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

Arguments — ausdrücken. Wenn ρ

i_A = I ■ cos (2/rx/p) und
/- = / · sin ηπχ/ρ) isL gilt

F_A+

= c

(cos²

IiLiL + sin²

L)=,, (Gl. 6)

mit

P= P₀(I + kcos

(Gl. 4)

P₀ = const. K = const.

ρ = Teilung zwischen den Zähnen 18 auf der Grundplatte 12

Es	gilt	also:	■ JIcP₀ cos	2 η χ
	*P =*			P

mn	const.
*P₀ =*

c = const.

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

Die obige Diskussion basierte auf der Annahme, daü der Zeiger der Bewegung des Kopfes 14 relam zur Grundplatte 12 entlang jeder Achse um W gegenüber dem Zeiger der an die Wicklungen für diese Achse gelegten Eingangsströme phasenverschoben ist — wie /.. B. die Wicklungen 36 und 38 für die X-Achse. Mil der crfiiulungsgcmäücn Anordnung wird jedoch der Leistungswinkel zwischen dem Vektor der augenblicklichen Verschiebung des Kopfes relativ zur Grundpwtue 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. Dies läßt sich erreichen, indem man die Ströme an den Wicklungen — z. B. 36 und 38 — um einen Winkel θ vor- oder nacheilen läßt. Die Ströme Λ und //,-ergeben sich also in Wirklichkeit zu

Da jedes Polstück zwei um 180° versetzte Zähne aufweist (z. B. sind die Zähne α und c auf dem Polstück 28 um 180° versetzt), hebt sich der konstante Term P₀ in Gl. 4 weg, so daß die Tangentialkraft fur den A-Phasen-Magneten - z. B. den Magneten 2· - sich ausdrucken läßt als

= / · cos

und

F_A =

2 τι χ

(Gl. 5)

i_B = l- sin

Hiermit wird

F₄ + F_f = c · / ■ sin θ

(Gl. 7)

(Gl. 7a)

(Gl. 8)

F₄ = Kraft zwischen dem Magneten 2· und der Grundplatte in X-Richtung c_A = const. i_A = Strom in der Wicklung 36

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

-²-^ (Gl. 5a)

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

6"; einer Kraft, die die Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte verursacht. Diese Steuerung geht so vor sich, daß die Ist-Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte in jedem Augenblick sehr gen?u der für

Jicsi-ii Augenblick gewünschten Soll-Bewegung des Kopfes relativ /ur Grundplatte entspricht.

Die Erzeugung des l.cistiingswinkcls (■) ist in f- i g. 5 gc/eigt. Der Zeiger der Verschiebung des Kopfes i4 relativ /ur Grundplatte 12 entlang einer bestimmten •\chse wie der X-Achse ist bei 70 gezeigt. Eine um W serschobene Komponente wird in das System eingebracht und ist bei 72 ge/eigt. Diese um 90 verschobene komponente laßt sich i»uf verschiedene Art und Weise steuern wie nachfolgend beschrieben wird. Die Kombination der vektiorellen Komponenten 70 und 72 ergibt einen Vektor 74, der den Zeiger der an die Wicklungen — wie die Wicklungen 36 und 38 — für die X-Richtung g^leg'en Signale darstellt. Der Winkel C-) /wischen den Vektoren 70 und 74 stellt den Leistungswmkel /wischen den Eingangssignal zum Kopf und der augenblicklichen Stellung des Kopfes dar.

Der l.eistungswinkcl Hißt sich als eine Keder betrachten, ciie eine Kraft nach der hunktion (sin (■)) er/eugt und /wischen dem Kopf 14 und der Grundplatte 12 in Richtung einer bestimmten Achse — wie der X-Achse — liegt. Betrachtet man den Leistungswinkel derart als Feder, dann wird diese gespannt, um nach Maßgabe der Fcclerspannung auf den Kopf relativ zur Grundplatte eine Kraft in Richtung einer bestimmten Achse — wie der X-Achse — aus/uiibeii. Die resultierende Verschiebung des Kopfes verursacht eine Rückstellung der leder, wenn der l.eislungswinkel nicht auf irgendeine andere Weise aufrechterhalten wird.

K i g. b zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemaßen Anordnung im Zusammenhang mit einem .Synchronmotor, der nach den Prinzipien einer Steuersehleile arbeitet. Der Synchronmotor und die entsprechende träge Last sind gestrichelt bei 80 ge/eigt. Die Eingangssignal werden über Leitungen an den Motor gelegt, die beispielsweise als Leitung 82 angedeutet sind.

In Λ.Λ.- C '. .. U., L^nn.iti A i.» rin.ilnnlM.TniL· ΛΙΓ»ί*1Λ Mill Λ ...*.._! I .£..«.. r.V,....... V..W ^...j.....j... ..;. _ „...„

bezeichneten Phasenwinkel aufweisen. Die Signale auf der Leitung 82 sind thematisch als an ein Diffcrenzglied 84 gelegt dargestellt.

Die Ausgiingssignale des Differenzgliedes 84 werden nach einer beschreibenden oder Übertragungsfunktion bewertet, die bei 86 schematisch als Teil des Synchronmotors 80 dargestellt ist. Die Übertragungsfunktion 86 ist als D (A. jo>) dargestellt, wobei A die Eingangssignale auf der Leitung 82. D die Übertragungsfunktion und _/(.·) eine Frequenzfunktion derauf die Leitung 82 gegebenen periodischen Signale ist. Die beschreibende oder Übertragungsfunktion 86 ist in Wirklichkeit nicht linear, laßt sich aber innerhalb eines bestimmten begrenzten Wertebereiches als eine Konstante K_n, betrachten.

Die durch die Übertragungsfunktion 86 dargestellte Ausgangsgröße stellt eine Kraft dar. die auf den Kopf 14 ausgeübt wird, um eine Verschiebung αό des Kopfes entlang einer bestimmten Achse — wie der X-Achse — zu bewirken. Die Umsetzung der Kraft in die Verschiebung x„ ist durch einen Block 83 mit der Funktion MMs² dargestellt, in der M die Masse des Kopfes. '/2 das Integral der dem Kopf durch eine Kmft erteilte Beschleunigung, die eine bestimmte Kopfgeschwindigkeit bewirkt, und \/s² ein Doppelintegral der Beschleunigung ist. die eine Verschiebung des Kopfes bewirkt. Innerhalb des Motors 80 ist eine Leitung 90 gezeigt, die eine mechanische Rückführung zur Rückstellung der Feder darstellt, die bei der Bewegung des Kopfes die dem Leistungswinkel Θ entsprechende Kraft ausübt.

Die Übertragungsfunktion, die den Synchronmotor und die Kopfmasse in F i g. b beschreibt, läßt sich durch die Gleichung

Ch(s)= xo(s)/A (Gl. 9)

wiedergeben, die eine grundlegende Gleichung für Regelsysieme darstellt (vgl. Seile 50 des Buches »Control Engincering« von Gordon Murphy, Boston Technical Publishers. Inc.. 1965). In dieser Gleichung ist

A = das Eingangssignal des Synchronmotors 80

in Zeigerdarstellting
.Vd = die tatsächliche Verschiebung des Motors 80

relativ zur Grundplatte in Zeigerform
s = eine komplexe variable Funktion, und
Gifs) = das Verhältnis der Übertragungsfunktion der

Motorverschiebung zu den Eingangssignalen

Die Gleichung 9 läßt sich — entsprechend der Diskussion aul Seite 30 des Kuches Gordon Murphy, »Control Engineering«, auch ausdrücken als

G(s)

(Gl. 10)

2~< Wie oben beschrieben, stellt die beschreibende Funktion D(AJ ω) für einen begrenzten Wertebereich eine Konstante K_n dar. Entsprechend UUU sich die Funktion G(s) umschreiben als

jo G(s) = KJMr

mit

(GLH)

K_m = const. M = Masse des Kopfes

l/s² = Doppel integral zur Umsetzung einer Beschleu nigung in. eine Verschiebung

Durch Einsetzen der Gleichung 11 in die Gleichung 10 erhält man

F i g. 7 zeigt ein Blockdiagramm für einen Schaltungstcil PAR der in Fig. 6 gezeigten Anordnung, der zur Erzeugung einer Zeigerwinkeldrehung dient. Ein »Zeiger« läßt sich als vektorielle Darstellung des Augenblickwertes eines Parameters wie eines Eingangssignals oder die Verschiebung des Kopfes betrachten.

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 der Leitung 90 läßt sich als P ■ cos β und das Signal auf der Leitung 92 ais P ■ sin β darstellen, um eine bestimmte Phasenbeziehung zwischen den Signalen — wie einen Phasenabstand von 90° — anzudeuten. Das Signal auf der Leitung 90 w:rd an eine Umkehrstufe 95 gelegt, wo das Signal P ■ cos β durch Multiplikation mit (- 1) in ein Signal (- P ■ cos ß) umgewandelt wird. Die Signale aus der Umkehrstufe 95 gehen zusammen mit Signalen veränderlicher Amplitude vom Anschluß 98 an ein Multiplizierglied 96. Diese Signale haben eine veränderliche Amplitude, können eine unabhängige Variable darstellen und lassen sich durch einen Wert IJ bezeichnen. Die Sisnale werden

zwischen dem Anschluß 98 und einem ^Schluß 99 erzeugt der auf einem geeigneten Bezugspotential — wie z. B. Massepotential — liegt. Die veränderliche Spannung U ist vorgesehen, um den in F i g. 5 gezeigten Leistungswinkel 6 ζ· ι steuern.

Die Signale aus dem Multiplizierglied 96 lassen sich als UP · cos β darstellen und gelangen zu einem Addierglied 100, das auch die Signale P - sin β von der Leitung 92 erhält. Die Ausgangssignale des Addierers 100 gelangen zu einem Anschluß 1OZ In gleicher Weise werden die Signale von der Leitung 92 zusammen mit den Signalen U. die zwischen den Anschlüssen 98 und 99 liegen, einem Multiplizierglied 104 eingegeben. Die Ausgangssignale des Multipliziergliedes 104 haben die Form UP ■ sin ß. Diese Signale und die Signale von der Leitung 90 gehen an ein Addierglied 106, dessen Ausgangssignal an einen Anschluß 108 gelegt ist.

Die Signale am Anschluß 102 lassen sich als (jP - sin β-UP - cos ß) darstellen, die Signale am Anschluß 108 analog als

P(cos ß+jU ■ sin ß).

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

P₀ = P(cosß +jsmß) + UP(sinß -jcosß)

(Gl. 13)

mit

j = V-T zur Darstellung des Phasenabstandes von 90° zwischen den Signalen auf der Leitung 92 zu denen auf der Leitung 90, und

P₀ = Vektor der zwischen den Anschlüssen IW und 102 anstehenden Signale

Die Funktion des in F i g. 7 gezeigten Schaltungsteils zur Erzeugung der Zeigerwinkcldrehung ergibt sich aus der F i g. 7a. in der β den augenblicklichen Winkel der Signale auf den Leitungen 90 und 92 und Λ die von der Zeigcrwinkeldrehung der F i g. 7 erzeugte Phasenverschiebung darstellen. In der Fig. 7a ist P die zuc^fmengefaBte Phase der Eingangssignal auf den Leitungen 90 und 92 und UPdcr von der Zcigcrwinkeldrchung erzeugte Vektor. Der sich aus den Signalen ergebende Vektor zwischen den Anschlüssen 102 und 108 ist als Pn dargestellt. Dieser Vektor ist um einen Winkel β gegenüber dem Vektor der Signale auf den Leitungen 90 ur.d 92 verschoben. Die Signale P_n lassen sich darstellen als

P₀= Vl + U¹ ■ P c^J{f*⁰⁾ (Gl. 14)

wobei der Faktor VT+~TF daraus folgt, daß P₀ die Hypothenuse des_rechtwinkligen Dreiecks mit den Katheten P und UP ist.

Wie aus F^g. 7a ersichtlich, hängt die Amplitude des Vektors XX Po vom augenblicklichen Wert des Signals U ab. Diese Veränderlichkeit der Amplitude des vektoriellen Signals Pn ist zuweilen unerwünscht, da sie. wenn sie zu groß wird, die verschiedenen Eingangsstufen sättigen kann. Aus F i g. 8 geht einc^eigerwinkeldrehung hervor, die ein Ausgangssignal Pn mit konstanter Amplitude erzeugt. In der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform der erfind, ngsgcniiißen Anordnung führen die Leitungen 90 nun 12 Signale der Form P ■ cos β b/w. P ■ sin jl. Die Signale der Leitung 90 werden in einer Stufe 95, die mit der Umkehrstufe 95 der Fig.7 identisch ist, mit (—1) multipliziert. Die Ausgangssignale der Umkehrstufe 95 laufen zu einem Multipliziergüed 96, das mit dem Multiplizierglied 96 in der F i g. 7 identisch ist. Entsprechend ist die Stufe 104 der Stufe 104 in F i g. 7 identisch. Die Multiplizierglieder 96 und 104 nehmen die Signale der Anschlüsse 98 und 99 auf, die ebenfalls mit den Anschlüssen 98 und 99 der F i g. 7 identisch sind.

Die Ausgangssignale des Multipliziergliedes 96 liegen an einem Addierglied 110, das auch die Signale eines Multipliziergliedes 112 aufnimmt. Das Multipliziergüed 112 multipliziert die Signale der Leitung 92 mit den Signalen, die eine Umkehrstufe 116 aus den Signalen U zwischen den Anschlüssen 98 und 99 erzeugt. Die Ausgangssignale der Umkehrstufe 116 lassen sich

darstellen als ■

Entsprechend multipliziert ein

Multipliziergüed 114 die Signale von der Leitung 90 und die Signale von der Umkehrstufe 116 und gibt sie auf ein Äddiergiied iie, wo sie zu den Signalen des Multipliziergüedes 104 addiert werden. Die Ausgangssignale der Addierglieder UO und 118 liegen an den Anschlössen 120 bzw. 122.

Die Signale F₀ zwischen den Anschlüssen 120 und 122 haben eine konstante Amplitude, wie F i g. 8a zeigt. Die Signale P₀ werden aus zwei um 90° verschobenen Vektoren erzeugt, von denen einer den Wert (Vl - U² - P₀ ) und der andere den Wert P₀ hat. Das resultierende Signal P₀ läßt sich ausdrucken als

P₀ = P

(Gl. 15)

Da die von der aus F i g. 8 hervorgehende Zeigerwinkeldrehung erzeugten Signale P_n trotz veränderlicher Spannung U eine konstante Amplitude haben, können sie diejenigen Eingangsstufen. die den Betrieb des Synchronmotors steuern, nicht sättigen.

F i g. 9 zeigt eine Anordnung zur Steuerung des Kopfes, relativ zur Grundplatte, entlang eines Paares von Koordinatenachsen, z. B. die X- und die Y-Achse. Die Anordnung der Fig.9 dämpft auch eine Drehung des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine Achse, die zu der von der X- und der Y-Achsc aufgespannten Ebene senkrecht liegt. Bei der Anordnung der F i g. 9 liegen auf den Leitungen 300 und 302 zwei digitale Signale, die die positiven oder negativen Inkrcmente der Sollverschicbung x, des Kopfes darstellen. Diese Signale werden vom Digital-Analog-Resolver 304 in Analogsignale umgesetzt, die der Sollverschiebung des Kopfes entlang der X-Achse entsprechen. Die vom Resolver 304 gelieferten Signale stehen untereinander in bestimmter Phasenbezichung — z. B. können sie Sin- und Cos-Signalc sein. Diese Signale werden sodann einem Paar Schaltungsteilc 306, 308 zur Erzeugung einer Zeigerwinkeldrchung eingegeben.

Digitale Signale, die Inkrcmente der Sollbeschlcunigung .v, 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 cin<*r Stufe 314 integriert werden, deren Ausgangssignalc dann der Sollgeschwindigkeit x, des Kopfes, in X-Richtung entsprechen. Alternativ können Signale, die Inkrenienie der Sollgeschwindigkeit x, darstellen, auf der Leitung 316 vorliegen und durch einen Konverter 318 analogisiert werden. Die Ausgangssignale des Konverters 318 oder des Integrators 314 werden einem

Addierglied 320 eingegeben, der sie zu den Ausgangssignalen des Konverters 312 addiert, die die Sollbeschleunigung darstellen.

Die Ausgangssignale des Addiergliedes 320 werden einem Differenzglied 322 eingegeben, dessen Ausgangssignal um den Faktor k bewertet wird, und dann zu einem Tor 323 geleitet. Die durch das Tor 323 laufenden Signale erreichen einen Kondensator 324 und laden diesen. Am Kondensator liegt dann ein Analogsignal, das eine Vorspannung für die durch einen Komparator 326 laufenden Signale darstellt. Diese Signale erzeugt ein vom Kopf 330 getragenes Akzelerometer 328. um die Beschleunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte in X-Richtung zu erfassen. Die vom Kondensator 324 im Komparator 326 erzeugte Vorspannung gleicht 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 Komparator 326. der die Vorkomponente der Akzelerometersignale durch Subtraktion heraushebt. Dies ist die Aufgabe der am Kondensator 324 liegenden Spannung. Nach dem Durchlaufen des Komparators 326 werden die Signale in der Stufe 334 integriert und dem Differenzglied 322 eingegeben, um die Amplitude der den Komparator durchlaufenden Signale zu steuern. Die Ausgangssignale des Differenzgliedes 322 werden einem Addierglied 336 und einem Komparator 338 eingegeben.

Die für die Y-Achse vorgesehenen Stufen entsprechen denen für die X-Achse. Unter diesen Stufen befindei sich ein Paar Schaltungsteile 340 und 342. die den Schaltungsteilen 306 und 308 entsprechen. Die Ausgangssignale der PARs 340 und 342 werden über Treiberstufen auf die Wicklungen der Antriebsvorrichtungen 341 und 343 gegeben, die den Magneten 20 und 22 der F i g. 2 entsprechen. Diese Antriebsvorrichtungen 341 und 343 bewirken die Bewegung des Kopfes relativ zur Grundplatte in Y-Richtung. Unter den Stufen für die Y-Richtung befindet sich weiterhin ein Addierglied 344 und ein Komparator 346. clic dem Addicrglied 336 und dem Komparator 338 für die X-Richtung entsprechen.

Weiterhin ist an gegenüberliegenden Enden des Kopfes 330 ein Paar Mcßwandler 348 und 350 vorgesehen, die die Beschleunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte in Y-Richtung erfassen. Die Ausgangssignalc der Mcßwandler 348 und 350 haben gleiche Amplituden, wenn die gegenüberliegenden Enden des Kopfes 330 der gleichen Beschleunigung in Y-Richtung 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 Ebene im wesentlichen senkrecht verläuft, liefert der Meßwandler 348 ein anderes Signal als der Meßwandlcr 350. Die Differenz zwischen den von den Mcßwandlern 348 und 350 gelieferten Signalen stellt die Drchbeschlcunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine Achse dar. die /u der von der X- und der V-Achse aufgespannten Fbcne im wesentlichen senkrecht steht.

Die Ausgangssignale der Ak/cleromeler 348 und 350 werden jeweils mit dem Faktor A bewertet und einem Acklierglied 352 eingegeben, das sie addiert. Das Ausgangssignal des Addicrglicdcs 352 entspricht dem Mittelwert der Ausgangssignalc der Akzelerometer 348 und 350 und der Beschleunigung des Kopfes relativ zur Grundplatte in N -Richtung. Die Atisgangssignale des Addicrglicdcs 352 werden einem Komparator 354 eingegeben, der dem Komparator 326 für die X-Richtung entspricht. Weiterhin erhält der Komparator 354 Signale aus einer Korrekturschleife zum Ausgleichen von Signalfehlern, die auf der Abweichung der Grundplatte von ihrer horizontalen Ausrichtung beruhen, entsprechend der Korrekturschleife aus dem Tor 323, dem Kondensator 324 und dem Komparator 326 für die X-Richtung entspricht.

Die Korrekturschleife für die Y-. X- und Drehachs^

ίο enthält das Tor 356, das Signale aus einem invertierenden Verstärker 358 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 Ver^irker 358 invertiert werden, schließt das Tor 356 und läiit nur dann Signale hindurch, wenn der Computer befiehlt, den Kopf festzuhalten. Wenn das Tor 356 schließt, läuft aus eine.™ Komparator 360 ein Signa! durch das Tor, das die Schwerkraftkomponente und andere Beschleunigungsfehler darstellt, und lädt den Kondensator 361.

Auf diese Weise erzeugt die Korrekturschleife bei jeder Bewegung des Kopfes relativ zur Platte ein"Signal

mit einem konstanten Term, der der Spannung entspricht, die die Schleife beim letzten Stillstand des Kopfes erzeugte, indem eine Korrekturschleife zur Erzeugung einer Vorspannung für den Komparator 354 vorgesehen wird, 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 Meßwandlcr 348 und 350 werden weiterhin einem Differenzglied 362 eingegeben, der 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 Differcn/.gliedes 362 geht an eine Fehlerkompensationsschaltung 364. die auf ähnliche Weise, wie oben erläutert, Fehler kompensiert, die eine nicht horizontale Ausrichtung der Grundplatte verursacht.

Die resultierenden, die Fehlerkompensationsschaltung 364 durchlaufenden Meßwandlersign?'e werden in einem Integrierglied 366 integriert. Es ergeben sich Signale, die der Drehgeschwindigkeit des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine Achse entsprechen, die zu der von der X- und der Y-Achse aufgespannten Ebene im wesentlichen senkrecht liegen. Die Signale des Integriergliedes 366 gehen an ein Addierglied 336 und den Komparator 338. Die Ausgangssignale des Integriergliedes 366 werden im Addierglied 336 zu den Ausgangssignalen des Differenzgliedes 322 addiert und im Komparator 338 von den Ausgangssignalen des Differenzgliedes 322 subtrahiert.

Sodann werden die Ausgangssignale des Addiergliedes 336 an den Schaltungsteil 306 gelegt, um den von diesem erzeugten Leistungswinkel θ zu steuern. Entsprechend laufen die Ausgangssignale des Komparators 338 zum Schaltungsieil 308, um den von diesem erzeugten Leistungswinkel zu steuern.

Auf diese Weise werden die Leistungswinkel der Signale, die von den Phasenverschiebungseinrichtiingen darstellenden Schaluingsteilcn erzeugt werden so

gesteuert, daß eine Drehung des Kopfes relativ zur Grundplatte um eine Achse, die senkrecht zu der von der X- und der Y-Achse aufgespannten Ebene liegt, unterbunden wird. Eine entsprechende Steuerung ist für die Leistungswinkel der Ausgangssignale der Schal-

tungsteile 340 und 342 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 liegenden Achse weiter zu verhindern.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung der Linearbewegung einer magnetisch wirkenden, synchronen Einstellvorrichtung in einer bestimmten Richtung mit einem ersten, ein Raster magnetischer Zähne aufweisenden plattenförmigen, feststehenden Glied und einem zweiten, mindestens zwei parallel, aber im Abstand zueinander angeordneten 2phasigen Polschuhelemente tragenden beweglichen Glied, mit einer elektrischen Signaleinrichtung zur Abgabe zweier periodischer, um 90 Grad zueinander phasenverschobener sinusförmiger, eine Verschiebung beinhaltender Signale an die Erregereinrichtung der Polschuhelemente, um eine synchron zu den elektrischen Signalen verlaufende stetige Bewegung auszuführen, gekennzeichnet durch: