DE2327010A1

DE2327010A1 - Automatische regelkreise und -verfahren

Info

Publication number: DE2327010A1
Application number: DE19732327010
Authority: DE
Inventors: Stuart Kenneth Cessford; Ian Golding; Ian William Smith
Original assignee: HERBERT Ltd A
Current assignee: HERBERT Ltd A
Priority date: 1972-05-26
Filing date: 1973-05-26
Publication date: 1973-12-20
Also published as: JPS4943072A; NL7307166A

Description

Auotmatische Regelkreise und -verfahren Die Erfindung betrifft automatische Regelkreise und -verfahren und insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, Systeme und Verfahren zur Steuerung von Werkzeugmaschinen.
Gemäß der Erfindung wird ein geschlossener Servoregelkreis geschaffen, der einen~digitalen Rechner, der digitale, einen gewünschten Wert für eine gesteuerte veränderliche Größe darstellende Sollwertsignale erzeugt, und einen Meßwertwandler enthält, der für den Wert der gesteuerten veränderlichen Größe empfindlich ist und ein digitales RUckkopplungssignal erzeugt, das den wirklichen Wert der gesteuerten veränderlichen Größe darstellt, und dieses Signal dem digitalen Rechner zur Berechnung eines digitalen Fehlersignals zuführt, welches die Differenz zwischen dem Wertes Sollwertsignals und dem wirklichen Wert der gesteuerten veränderlichen Größe darstellt, und der ferner einen Umsetzer, der für das digitale Fehlersignal empfindlich ist und dieses in ein entsprechendes Analogsignal umsetzt, und einen Servomechanismus enthält, der in Abhängigkeit von Vorzeichen und Wert des Analogsignals arbeitet und den Wert der gesteuerten veränderlichen Größe in der Richtung der Verringerung des Fehlersignals zu Null hin einstellt.
Gemäß der Erfindung wird ebenfalls ein geschlossener Servoregelkreis geschaffen, der eine Vorrichtung, die ein einen gewunschten Wert der gesteuerten veränderlichen Größe darstellendes Sollwertsignal erzeugt, eine Vorrichtung, die ein den wirklichen Wert der veränderlichen Größe darstellendes Rückkopplungssignal erzeugt, und eine Vorrichtung enthält, die das Sollwertsignal mit dem Rückkopplungssignal vergleicht und ein von der Differenz zwischen diesen beiden Signalen abhängiges Fehlersignal erzeugt, und der ferner einen Servomechanismus, der auf das Fehlersignal anspricht und den Wert der gesteuerten veränderlichen Größe in der Richtung der Verringerung des Fehlersignals zu Null hin ändert, und eine Vorrichtung enthält, die auf die Beschleunigung oder Abbremsung der gesteuerten veränderlichen Größe anspricht und ein entsprechendes Signal erzeugt, das an den Servomechanismus mit einem solchen Vorzeichen zurückgefUhrt wird, daß Schwingungen in der gesteuerten veränderlichen Größe kompensiert werden.
Gemäß der Erfindung wird ferner ein geschlossener Servoregelkreis geschaffen, der eine Vorrichtung enthält, die in Intervallen binäre Sollwertsignale erzeugt, die eine gewtizischte Veränderung des Wertes der gesteuerten veränderlichen Größe darstellen, der weiterhin ein binäres Addierwerk, das so geschaltet ist, daß es das Sollwertsignal empfängt, ein digitales Zählwerk und einen Meßwertwandler, der die wirkliche Änderung des Wertes der gesteuerten veränderlichen Größe überwacht und entsprechende digitale RUckkopplungssignale erzeugt und dem Zählwerk zuführt, und eine Steuervorrichtung enthält, die die Uberführung derfbinären Daten von dem Zählwerk an das binäre Addierwerk und von dem binären Addierwerk an das Zählwerk steuert, wobei der Inhalt des Zählwerks nach Jedem einzelnen Intervall ein binares Fehlersignal liefert, das den wirklichen Wert und den Wert des Sollwertsignals der gesteuerten veränderlichen Größe angibt, und der ferner einen Servomechanismus enthält, der auf das binäre Fehlersignal anspricht und die gesteuerte veränderliche Größe in der Richtung der Verringerung des Fehlersignals zu Null hin ändert.
Gemäß der Erfindung wird ebenfalls ein Verfahren zur automatischen Steuerung des Wertes einer gesteuerten veränderlichen Größe geschaffen, bei dem binäre Information, die durch einen Rechner erzeugt worden ist und die Anderung des Wertes der gesteuerten veränderlichen Größe, die zum Erreichen eines gewurischten Wertes derselben notwendig ist, darstellt, außerhalb des Rechners mit digitalen Rückkopplungssignale,n, die den wirklichen Betrag der Änderung der gesteuerten veränderlichen Größe darstellen, algebraisch verglichen wird und das Endergebnis wiederholt zurückgeführt und durch den Rechner auf den neuesten Stand gebracht-wird (up-dated), wobei neue Sollwertsignale vor der Wiederausgabe berücksichtigt werden, so daß das Ergebnis des externen Vergleichs ununterbrochen den Fehler zwischen dem wirklichen Wert und dem gewünschten Wert der gesteuerten veränderlichen Größe angibt, und daß der Wert der gesteuerten veränderlichen Größeununterbrochen in der Richtung der Verringerung des Fehlers zu Null hin verändert wird.
Geschlossene Servoregelkreissysteme und -verfahren gemäß der Erfindung werden nun an Hand eines AusSUhrungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines derartigen Systems; Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das das Codieren der Signale von einem Stellungs-Meßwertwandler in dem System nach Fig. 1 erklärt; Fig. 3 ist ein Schema der Wellenformen, die in dem System nach Fig. 1 aufterten; Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines anderen derartigen Systems und Fig. 5 ist ein Schema der Wellenformen, die in den Systemen nach Fig. -4 auftreten.
Das in den Figuren 1 bis 3 dargestellte System dient zur Steuerung der Stellung des Maschinenteils 10, das z.B.
ein Schne-idwerkzeug einer Werkzeugmaschine sein kann. Die Stellung des Maschinenteils 10 wird ununterbrochen durch einen Stellungsmeßwertwandler 12 überwacht, der digitale Ausgangssignale in Abhängigkeit von der Bewegung des Maschinenteils 10 erzeugt. Der Meßwertwandler 12 kann z.B.
in Form eines fotoelektrischen scheibenartigen Analog-Digital-Umsetzers vorliegen, der mittels einer Reibungskupplung zwischen einer Walze, die in einen an dem Naschinenteil 10 befestigten Stab eingreift, angetrieben wird. In einem ,derartigen Fall kann der Analog-Digital-Umsetzer so ausgelegt sein, daß er vier elektrische Ausgangssignale erzeugt, die sich Jeweils zwischen zwei Niveaus ändern, wenn sich das Maschinenteil 10 bewegt.
Fig. 3 zeigt die Ausgangssignale A, B, C und D, die von dem Analog-Digital-Umsetzer zum Zwecke der Erzeugung einer konstanten Geschwindigkeit bei der Bewegung des Maschinenteils erzeugt werden. In einem speziellen Beispiel ist die Zeitdauer jedes der Ausgangssignale der gesamten Bewegung des Maschinenteils 0,04 mm äquivalent, und Jedes Ausgangs signal ist von den vorhergehenden in der Phase um 0,Q05 mm verschoben bzw. getrennt. Signale mit dieser Kurvenform werden einem Codiergerät 13 zugeführt (das im Detail unten unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben ist), das ein entsprechendes rein binäres Ausgangssignal erzeugt, Wie in Fig. 2 gezeigt ist werden die binären Werte jedes der vier Signale mit den Kurvenzügen A, B, C und Durch Verknüpfungsglieder bzw. Abfragetorschaltungen 14 periodisch abgerufen, wibei diese Torschaltungen 14 durch Markierimpulse gesteuert werden, die von einer leitung 15 empfangen werden, und die binären Werte werden einem Pufferspeicher 16 zugeführt (in einem speziellen Beispiel arbeiten die Abfragetorschaltungen 14 alle 0,2 ms). Die in den Pufferspeicher 16 eingespeisten binären Ausgangssignale zeigen dahrer die Stellung des Maschinenteils 10 in einem binäcordieerten dezimalen oder Gray-code an. Die graycodierten binären Signale in dem Pufferspeicher 16 werden dann einem standardmäßigen 4-Leitungs-Binär/16-Leitungs-Dezimal-Decodiergerat 17 (standard 4 line binary to 16 line decimal decoder) zugeführt. Da die vier Eingangssignale für das Decodiergerät 17 im Gray-Code und nicht rein binär vorliegen, werden nur acht von den sechzehn Ausgängen des Decodiergerätes 17 besetzt. Diese acht Ausgänge sind mit einem standardmäßigen 8-Leitungs-Dezimal/ 3-Leitungs-Binär-Codiergerät 18 (standard 8 line decimal to 3 line binary encoder) verbunden und diese Ausgangssignale sind als rein binärcodierte Signale codiert, die die Stellung des Maschinenteils 10 darstellen. Die drei Ausgangsleitungen 19 von dem Codiergerät 18 sind mit einem Verknüpfungsglied bzw. Torschaltung 20 zusammen mit einer vierten Leitung 21 verbunden; die letztere erhält Strom, wenn alle acht Eingangsleitungen zu dem Codiergerät 18 zusammen inaktiv sind - dies entspricht einer nichtgültigen Kombination und zeigt einen Fehler an. Das Verknüpfungsglied 20 wird periodisch durch ein Abtastimpulssignal auf Leitung 22 geöffnet, und die Signale auf den Leitungen 19 und 21 werden dem Rechner 31 auf einer Daten-Schnellverbindung 30 zugeführt.
Die binären Ausgangssignale auf der Leitung 30, die die Stellung des Maschinenteils 10 darstellens werden an einen digitalen Rechner 31 zurückgeführt, der sie mit den binäre ren Sollwertsignalen vergleicht9 die eine gewünschte Stellung für das Maschinentewil darstellen, und ein binä res Fehlersignal berechnete Das Fehlersignal liegt dann in Form eines auf acht Leitungen parallelen Ausgangssignals vor (sieben Bits für die STellungsinformation und ein Bit zur Anzeige des Vorzeichens des Fehlers). Das binäre Fehlersignal wird periodisch (z.B. alle 1,4 ms) über ein Verknüpfungsglied 34 in einen Pufferspeicher 32 eingeführt, das über ein auf einer Leit 36 erhaltenes Naschinenteilsignal gesteuert wird Das binäre Fehlersignal in dem Pufferspeicher 32 zeigt den Betrag und die Richtung der Bewegung des Maschinenteils ans die notwendig sind, um das Maschinenteil in die neue gewünschte Stellung zu bringen. Der Rechner 32 kann das Sollwertsignal gemäß einem vorherbestimmten Programm, z.B. gemäß eines Mikroprogrammes, erzeugen.
Um die Bewegung des Maschinenteils zu steuern, wird das binäre Fehlersignal in dem Pufferspeicher 32 in einem Digital-Analog-Umsetzer~36 in eine Analogform umgesetzt.
Dies kann irgendeine beliebige geeignete Form sein, jedoch ist in einem besonderen Beispiel ein binäres Zählwerk 40 vorhanden, das das binäre Ausgangssignal von dem Pufferspeicher 32 über ein Verknüpfungsglied 42 enthält. Mittels des Verknüpfungsgliedes 42 wird die binäre 7-Bit-Zahl, die die Stellung des Maschinenteils darstellt, periodisch aus dem Pufferspeicher 32 ausgelesen und in das Zählwerk 40 gesetzt. Dann werden Taktimpulse in den unteren Eingang des Zählwerks 40 über ein weiteres Steuerungs-Verknüpfungsglied 44 zugeführt. Diese Taktimpulse werden ebenfalls zwei UND-Gliedern 46 und 48 zugeführt, die die "1"- und "0"-Eingangssignale einer bistabilen Schaltung 50 entsprechend zuführen. Die UND-Glleder 46 und 48 werden durch das achte Bit der in dem Pufferspeicher 32 gespeicherten binären Fehlersignale gesteuert. Dieses achte Bit zeigt das Vorzeichen des Fehlersignals an und bewirkt mittels eines NICHT-Gliedes 52, daß das UND-Glied 46 geöffnet wird, wenn das Vorzeichen positiv ist, und das UND-Glied 48 geöffnet wird, wenn das Vorzeichen negativ ist.
Das Zählwerk 40 besitzt eine Ausgangsleitung 54, die mit Strom versorgt wird, wenn das Zählwerk auf Null herabgezählt ist, und diese Leitung kehrt den Zustand der bistabilen Schaltung 50 um.
Der Digital-Analog-Umsetzer 38 enthält ebenfalls einen Verstärker 56, der den Ausgangs-Kurvenzug von der bistabilen Schaltung 50 erhält, und er enthilt- eine.positive Rückkopplungsschleife 58, die sicherstellt, daß das Ausgangssignal von der bistabilen Schaltung 50 den Verstärker zwischen seinen zwei Sättigungsniveaus schaltet. Das Ausgangssignal des Verstärkers 56 wird einem weiteren Verstärker 60 zugeführt, der eine Rückkopplungsschleife aufweist, die zwei Zenerdioden 62 und 64 enthält, die gegensinnig gepolt miteinander verbunden sind.
Schließlich wird das Ausgangssignal des Verstärkers 60 einer Integratorschaltung 66 zugeführt.
Im Betrieb wird dem Zählwerk 40 periodisch eine Zählung entsprechend den sieben Bits der Stellungsinformation in dem Fehlersignal in dem Pufferspeicher 32 zugeführt. Das Verknüpfungsglied 44 ist dann geöffnet, und Taktimpulse bewirken, daß das Zählwerk 40 auf Null zurückzählt.'Der erste dieser Taktimpulse setzt die bistabile Schaltung 50 entweder in einen "1"- oder einen "0"-Zustand in Ubereinstimmung damit, welches der UND-Glieder 46 und 48 geöffnet ist, und damit in Ubereinstimmung mit dem Vorzeichen des Fehlersignals. Wenn das Zählwerk 40 wieder auf Null herabgezählt worden ist, wird die Leitung 54 unter Strom gesetzt und setzt die bistabile Schaltung 50 in den entgegengesetzten Zustand.
Auf diese Weise erzeugt die bistabile Schaltung 50 ein rechteckwellenförmiges Ausgangssignal mit variierendem Verhältnis zwischen Amplitude und Zwischenraum, wobei die Lange jedes nAmplituden"-Impulses von der Größe der Stellungsinformation in dem Fehlersignal abhängt. Die UND-Glieder 46 und 48 erzeugen eine 1800 Phasenverschiebung in dem rechteckwellenförmigen Ausgangssignal, wenn sich das Vorzeichen des Fehlersignals ändert.
Der Verstärker 56 und der Verstärker 60 arbeiten zusammen und erzeugen ein rechteckförmiges Ausgangssignal, das zwischen bestimmten positiven und negativen Grenzen schaltet, und dieses wird dann in dem Integrator 66 integriert und erzeugt ein Gleichspannungssignal, dessen Vorzeichen und Niveau von dem Vorzeichen und der Größe des binären Fehler signals abhängen.
Das Gleichspannungsfehlersignal von dem Integrator 66 wird dann einem Servoverstärker 68 zugeführt, dessen Ausgangssignal ein Servoventil 70 betätigt. Das Ventil 70 steuert eine hydraulische Vorschubvorrichtung 72, die die Stellung des Maschinenteils 10 steuert.
AUf diese Weise wird das Maschinenteil 10 automatisch zurückgestellt, bis sich das Fehlersignal auf Null verringert hat, und an diesem Punkt ist das Naschinenteil 10 in der gewünschten Stellung.' Um die Stabilität zu verbessern,' kann ein beschleunigungsempfindlicher Meßwertwandler 74 vorgesehen werden. Dieser spricht auf die Änderungsrate der Geschwindigkeit des Maschinenteils 10 an und erzeugt ein geeignetes Signal, das negativ in die Servoschleife an dem Eingang des Servoverstärkers 68 zurückgeführt wird, um einer eventuellen Neigung des Systems zum Schwingen entgegenzuwirken.
Der Servoverstärker 68 kann mit Einstellungen versehen sein, wobei der Ubertragungsfaktor der Schleife (loop gain) verändert werden kann, um Toleranzen in der Schleife zu kompensieren. Zusätzlich kann eine Nullpunkteinstellung vorgesehen sein, so daß eine etwaige Regelabweichung in der Schleife herausgeregelt werden kann.
Es soll bemerkt werden, daß der Rechner 31 nicht nur für Sollwertsignale sorgt, sondern wirklich in der Servoschleife selbst liegt. Das Fehlersignal ist daher innerhalb des Rchners verfügbar und befähigt den Rechner, den Fehler anzuzeigen undjoder Tests in dem Be;trieb des Servosystems durchzuführen und die Betriebsparameter des Systems abzuändern.
Obgleich das System unter Bezugnahme auf die Steuerung einer Werkzeugmaschine beschrieben worden ist, ist es nicht auf eine derartige Anwendung beschränkte Das unter Bezugnahme auf Fig. 4 zu beschreibende System dient zur Steuerung der Stellung eines Maschinenteils 110, das z.B. das Schneidwerkzeug einer Werkzeugmaschine sein kann. Die Stellung des Maschinenteils 110 wirdidurch einen Meßwertwandler 112 überwacht. Der Meßwertwandler 112 kann ein scheibenförmiger fotoelektrischer Analog-Digital-Umsetzer sein, der durch eine Walze angetrieben wird, die unter Reibung in einen Stab eingreift, der betriebsmäßig zum Bewegen des Maschinenteils angekoppelt ist, und der genannte Meßwertwandler erzeugt zwei Ausgangssignale mit den Kurvenformen -A und B (Fig. 5),'wenn sich das Maschinenteil bewegt. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, sind beide Kurvenzug A und B rechteckförmige Wellenzüge, deren Periode einer vorherbestimmten Zunahme der Bewegung des Maschinenteils entspricht (z.B. 0,02 mm).
Die zwei Kurvenzüge sind 900 außer Phase, so daß die Phasendifferenz in diesem Beispiel einer Bewegung des Maschinenteils von 0,005 mm äquivalent ist. Daher entspricht ein Welch sel des Niveaus einer der beiden Kurvenzug A und B einer Bewegung des Maschinenteils von 0,005 mm. Die Signale mit den Kurvenzügen A und B werden einer Steuerungseinheit 114 zugeführt, die die Kurvenformen A und B überwacht und einen Ausgangsimpuls auf einer Leitung 116 jedesmal erzeugt, wenn sich das Maschinenteil 110 um einen anwachsenden Betrag von 0,005 mm in einer positiven Richtung bewegt, und einen Ausgangsimpuls auf der Leitung 118 jedesmal erzeugt, wenn sich das Maschinenteil um einen ähnlich großen anwachsenden Betrag in einer negativen Richtung bewegt.
Die Leitungen 116 und 118 werden an entsprechende Sperrverknüpfungsglieder oder Sperrtorschaltungen 120 und 121 geführt, deren Ausgänge 122 und 123 entsprechend mit den Auf-und Ab-Eingängen eines Fehlerspeichers 124 verbunden sindp der die Form eines 12-Bit-dlgitalen Zählwerks besitzt.
Eine Information, die die Sollwertstellung des Maschinenteils darstellt, wird von einer Sollwerteinheit 126 erzeugt, die z.B. einen digitalen Rechner enthalten kann, der so programmiert ist, daß er Sollwertsignale in regelmäßigen Abständen erzeugt. Die Sollwertausgangssignale von der Einheit 126 liegen in Form eines 8-Bit-parallelen Ausgangssignals vor und enthalten 7-Bit-Information, die die Anzahl der Zuwachs einheiten für die Bewegung des Ma schinenteils anzeigen, die erforderlich sind, um das Maschinenteil zu der gewünschten-Stellung zu bringen, und ein achtes Bit zeigt die Richtung der gewünschten Bewegung an. Diese Information wird in den-ersten Eingang eines -12-Bit-parallelen Addierwerks 128 eingespeist, das in einer noch zu beschreibenden Weise und in Kombination mit dem Fehlerspeicher oder Zählwerk 124 arbeitet und ein binäres Fehlersignal auf eine Leitung 130 gibt, das von dem erforderlichen Betrag der Bewegung des Maschinenteils, um dieses in die gewünschte Stellung zu bringen, abhängig ist. In einer noch zu beschreibenden Weise wird dieses -Fehlersignal verwendet, um das Maschinenteil 110 in Richtung auf die gewünschte Stellung anzutreiben, und bei dieser Stellung-wird das Fehlersignal Null.
Jedem neuen Sollwertsignal von der Einheit 126 geht ein 8-Bit-Adressensignal voran, das auf einem Kanal 132 den acht Eingängen eines NAND-Verknüpfungsg'liedes 134 zugeführt wird. Wenn dieses Adressensignal durch das Verknüpfungsglied 134 wahrgenommen wird, wird ein Ausgangssignal erzeugt, das über ein taktmäßig gesteuertes UND-Verknüpfungsglied 136 eine bistabile Schaltung 138 setzt.
Diese bistabile Schaltung erzeugt ein "1"-Ausgangssignal, das die Sperrverknüpfungsglieder 120 und 1X21 schließt und verhindert, daß Rückkopplungsimpulse an dem Fehlerzählwerk 124 ankommen Gleichzeitig setzt das "1"-Ausgangssi gnal von der bistabilen Schaltung 138 eine i in der ersten Stufe 140A eines vierstufigen Schieberegisters 140, das durch Taktimpulse, die auf einer Leitung 142 empfangen werden, taktmäßig gesteuert wird. Die bistabile Schaltung 140 steuert den DatenUbergang zwischen dem Fehlerzählwerk 124 und dem Addierwerk 128.
Das Fehlerzählwerk 124 besitzt zwölf Ausgangsleitungen, die seine zwölf Stufen überwachen. Die acht Ausgangsleitungen 144, die den acht, am wenigsten wichtigen Stufen des Zählwerks 124 entsprechen, werden über ein Steuerverknüpfungsglied 146 einem Kanal 148 zugeführt, der mit dem zweiten Eingang des Addierwerks 128 verbunden ist. Die vier Leitungen 150, die den vier-wichtigsten Stufen des Zählwerks 124 entsprechen, werden über ein SteuerverknUpfungsglied 152 zudem Kanal 148 geführt..
Das Addierwerk 128 besitzt zwölf Ausgangsleitungen, und die acht Leitungen 154, die den acht am wenigsten wichtigen Stellen des Addierwerkausgangs entsprechen, werden über ein Steuerverknüpfungsglied 156 durch einen Kanal 158 geführt, um die acht am wenigsten wichtigen Stufen des Zählwerks 124 zu setzen. Die vier Leitungen 160, die den wichtigsten Stellen des Ausgangs des Addierwerks 128 entsprechen, werden über ein Steuerverknüpfungsglied 162 und den Kanal 158 weitergeleitet, um die vier wichtigsten Stufen des Zählwerks 124 zu setzen.
Im Betrieb öffnet das e -Signal, das durch das Adressiersignal, welches seinerseits durch das NAND-Verknüpfungsglied 134 nachgewiesen worden ist, in die erste Stufe des Registers 140 gesetzt worden ist, das Steuerverknüpfungsglied 146 und verursacht dadurch, daß die acht am wenigsten wichtigen Zifferstellen in dem Zählwerk 124 in das Addierwerk 128 eingespeist werden und zu der neuen Sollwertinformation hinzuaddiert werden,die von der neuen Sollwerteinheit 126 an das Addierwerk gegeben worden ist. Der nächste Taktimpuls auf der Leitung 142 setzt das 11111-Signal in die zweite Stufe 140B des Schieberegisters 140, und dies öffnet gleichzeitig die Steuerverknüpfungsglieder 152 und 156. Daher werden die acht am wenigsten wichtigen Stellen des Ausgangs von dem Addierwerk 128 in das Zählwerk 124 übergeführt, während die vier wichtigsten Stellen der Anzahl in dem Zählwerk 124 in das Addierwerk 128 eingegeben werden, wo sie zusammen mit irgendeiner beliebigen Restinformation aus der vorhergehenden Addition zu der neuen Sollwertinformation aufaddiert werden.
Der nächste Taktimpuls auf der Leitung 142 setzt das "1"-Signal in die dritte Stufe 140C des Schieberegisters 140, und dies öffnet das Steuerverknüpfungsglied 162, um die vier wichtigsten Stellen des Ausgangs von dem Addierwerk 128 in das Zählwerk 124 einzuspeisen.
Die Information in dem Zählwerk 124 ist nun auf den neuesten Stand gebracht und trägt dem neuen Sollwertausgangssignal von der Einheit 126 Rechnung, und der nächste Taktimpuls auf der Leitung 142 setzt das "1"-Signal in die vierte Stufe 140D des Schieberegisters 140. Dadurch wird die bistabile Schaltung 138 zurückgesetzt, und die Sperrverknüpfungsglieder 120 und 121 werden nicht länger geschlossen gehalten. Wenn sich das Maschinenteil 110 bewegt, bewirkt jede Zuwachsrate der Maschinenteilbewegung, daß auf der Leitung 122 oder 123 gemäß der Richtung der Bewegung des Maschinenteils ein Serienimpuls erzeugt wird, so daß die Zählung auf dem Zählwerk 124 ununterbrochen die Anzahl der Zuwachseinheiten darstellt, die notwendig sind, um das Maschinenteil in die gewünschte Stellung zu bringen.
Die Zähiung des Zählwerks wird als ein binäres Fehlersignal auf dem Kanal 130 dargestellt.
Der oben beschriebene Ablauf, währenddessen das Schieberegister 140 durch seine vier Stufen iäuft, wird hinreichend schnell durchgeführt, damit keiner der Serienimpulse auf der Leitung 122 oder 123 verloren werden kann.
Das binäre Fehlersignal auf dem Kanal 130 wird einem Digital-Analog-Umsetzer 170 zugeführt, der ein entsprechendes Analogausgangssignal auf einer Leitung 172 erzeugt. Der Digital-Analog-Umsetzer 170 kann eine beliebige geeignete Form besitzen. Er kann z.B. eine Anzahl elektrischer Stromquellen enthalten, deren Stromstärken gemäß einer binären Folge vorherbestimmt sind. Diese Stromquellen sind alle untereinander parallelgeschaltet mit der Ausgangsleitung 172 über einen entsprechenden Transistorschalter verbunden, und die Transistorschalter werden durch das parallele binäre Fehlersignal auf dem Kanal 130 in tibereinstimmung mit der Höhe dieses binären Ausgangssignals gesetzt. Die Vorzeicheninformation in dem binären Fehlersignal steuert das Vorzeichen der Ströme von der Stromquelle. Das Ergebnis ist das Erzeugen eines Gesamtstromausgangssignals, dessen Vorzeichen und Höhe von dem Vorzeichen und der Höhe des binären Fehlersignals abhängt.
Der Analogausgangsstrom auf der Leitung 172 wird in einem Servoverstärker 174 verstärkt und zur Steuerung eines elektrischen Ventils 176 verwendet, welches eine hydraulische Vorschubvorrichtung 178 steuert, die so angebracht ist, daß sie das Maschinenteil:110 bewegt.
Auf diese Weise bewirkt das binäre Fehlersignal auf dem Kanal 130seine geeignete Bewegung des Maschinenteils 110.
Der Servoverstärker 174 besitzt einen einstellbaren Verstärkungsfaktor zum Kompensieren von Toleranzen in dem System. Eine Nullpunkteinstellung kann ebenfalls vorgesehen sein, so daß ggf. auftretende Regelabweichungen in der Schleife herausgeregelt werden können.
Es kann ein beschleunigungsempfindlicher Meßwertwandler 180 vorgesehen sein, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Vorzeichen anzeigt, ob das Maschinenteil beschleunigt oder abgebremst wird, und dessen Höhe die Größe dieser Beschleunigung oder Abbremsung anzeigt. Dieses Analogausgangssignal wird negativ an -den Eingang des Servoverstärkers 174 zurückgeführt, um ev.- auftretende Neigung zum Schwingen in dem System herauszuregeln.
Das System kann ferner eine Vorrichtung zum Prüfen von verschiedenen Fehlern in dem System enthalten. Z.B. kann eine Uberwachungseinheit 182 zum Nachweis von der Lampe in dem fotoelektrischen Analog-Digital-Umsetzer 112 vorgesehen sein.
Die verschiedenen so erzeugten Prüfsignale können geeigneterweise über ein Steuerverknüpfungsglied 184 in den Rechner 126 geführt werden, wenn die zweite Stufe des Schieberegisters 140 mit Strom versorgt wird.
Beim Einschalten und beim Wiederstarten nach einem Nothalt wird das Zählwerk 124 wieder auf Null zurückgesetzt.

Claims

Patentansprüche

; .) Geschlossener Servoregelkreis, a a d u r c h g e k e n n-z e i c h n e t daß er einen digitalen Rechner, der digitale, einen gewünschten Wert für eine gesteuerte veränderliche Größe darstellende Sollwertsignale erzeugt, und einen Meßwertwandler enthält, der für den Wert der gesteuerten veränderlichen Größe empfindlich ist und ein digitales Rückkopplungssignal erzeugt, das den wirklichen Wert der gesteuerten veränderlichen Größe darstellt, und dieses Signal dem digitalen Rechner zur Berechnung eines digitalen Fehlersignals zuführt, welches die Differenz zwischen dem Wert des Sollwertsignals und dem wirklichen Wert der gesteuerten veränderlichen Größe darstellt, und daß er ferner einen Umsetzer, der für das digitale Fehlersignal empfindlich ist und dieses in ein entsprechendes Analogsignal umsetzt, und einen Servomechanismus enthält, der in Abhängigkeit von Vorzeichen und Wert des Analogsignals arbeitet und den Wert der gesteuerten veränderlichen Größe in der Richtung der Verringerung des Fehlersignals zu Null hin einstellt.
2. Regelkreis nach Anspruch 1, d a d u r c h g -e k e n n z e i c h n e t dåß die gesteuerte veränderliche Größe die Stellung eines bewegbaren Teils ist und daß der Servomechanismus eine elektrisch steuerbare hydraulische Vorschubvorrichtung enthält, die arbeitsmäßig mit diesem Teil verbunden ist.
3. Regelkreis nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n'e t daß der Umsetzer eine Vorrichtung enthält, die auf das binäre Fehlersignal anspricht und ein rechteckwellenförmiges elektrisches Signal erzeugt, dessen Verhältnis von Amplituden zu Zwischenräumen von der Höhe des Fehlersignals und dessen Phase relativ zu einem fest vorgegebenen Zeitwert von dem Vorzeichen des Fehlersignals abhängt, und daß er ferner eine Vorrichtung zum Integrieren des rechteckwellenförmigen Signals enthält, um das Analogsignal zu erzeugen.
4. Regelkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erzeugen des rechteckwellenförmigen Signals ein binäres Zählwerk enthält, das zu, Anfang auf einen Zählwert gesetzt wird, der der Höhe des binären Fehlersignals entspricht, und dann von diesem Zählwert auf einen vorherbestimmten festen Zählwert gezählt wird, und daß eine Vorrichtung, die ein Ausgangssignal auf einem ersten oder einem zwei ten Niveau entsprechend dem Vorzeichen des Fehlersignals für die Dauer dieser Zählung erzeugt, und eine Vorrichtung vorgesehen ist, die das Ausgangssignal in das andere Niveau über führt, wenn der vorgegebene Zählwert erreicht ist.
5. Regelkreis nach einem der-vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertwandler eine Vorrichtung, die auf den Wert der gesteuerten veränderlichen Größe anspricht und eine Vielzahl von digitalen Signalen erzeugt, deren relative Werte den Wert der veränderlichen Größe in binärcodierter dezimaler Form darstellen, ein rein Binär/Dezimal-Decodiergerät, das so geschaltet ist, daß es diese Signale erhält, und . an einer Vielzahl von Ausgängen gemäß der Werte dieser erhaltenen Signale Ströme erzeugt, und ein Dezimal/rein binäres Codiergerät enthält, das mit denjenigen Ausgängen des Decodiergerätes verbunden ist, die von dem Decodiergerät durch Ansprechen auf diese binärcodierten dezimalen Signale mit Strom versorgt werden, und ein rein binäres Ausgangssignal erzeugt, das von dem speziellen Ausgang derjenigen Ausgänge des Decodiergeråtes abhängt, die mit Strom versorgt werden, wobei dieses rein binäreAusgangssignal das genannte digitale Rückkopplungssignal bildet.
6. Geschlossener Servoregelkreis, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß er eine Vorrichtung, die ein einen gewünschten Wert der gesteuerten veränderlichen Größe darstellendes Sollwert signal erzeugt, eine Vorrichtung, die ein den wirklichen Wert der veränderlichen Größe darstellendes Rückkopplungssignal erzeugt, und eine Vorrichtung enthält, die das Sollwertsignal mit dem Rückkopplungssignal vergleicht und ein von der Differenz zwischen diesen beiden Signalen abhängiges Fehlersignal erzeugt, und der ferner einen Servomechanismus, der auf das Fehlersignal anspricht und den Wert der gesteuerten veränderlichen Größe in der Richtung der Verringerung des Fehlersignals zu Null hin ändert, und eine Vorrichtung enthält, die auf die Beschleunigung oder Abbremsung der gesteuerten veränderlichen Größe anspricht und ein entsprechendes Signal erzeugt, das an den Servomechanismus mit einem solchen Vorzeichen zurUckgeführt wird, daß Schwingungen in der gesteuerten veränderlichen Größe kompensiert werden.
7. Regelkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte veränderliche Größe die Stellung eines bewegbaren Teils ist.
8. Geschlossener Servoregelkreis, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vorrichtung enthält, die in Intervallen binäre Sollwertsignale erzeugt, die eine gewünschte Veränderung des Wertes der gesteuerten veränderlichen Größe darstellen, daß er weiterhin ein binäres Addierwerk, dafl so geschaltet ist, daß es das Befehlssignal empfängt, ein digitales Zählwerk und einen Meßwertwandler, der die wirkliche änderung des Wertes der gesteuerten veränderlichen Größe überwacht und entsprechende digitale Rückkopplungssignale erzeugt und dem Zählwerk zuführt, und eine Steuervorrichtung enthält, die die Uberfahrung der binären Daten von dem Zählwerk an das binäre Addier werk und von dembinären Addierwerk an daa Zählwerk steuert, wobei der Inhalt des Zählwerks nach' Jedem einzelnen Intervall ein binäres Fehlersignal liefert, das den wirklichen Wert und den Wert des Sollwertsignals der gesteuerten veränderlichen Größe angibt, und daß er ferner einen Servomechanismus enthält, der auf das binäre Fehlersignal anspricht und die gesteuerte veränderliche Größe in der Richtung der Verringerung des Fehlersignals zu Null hin ändert.
9. Regelkreis nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e daß er einen Digital/Analog-Umsetzer zum Umwandeln des binären Fehlersignals in ein entsprechendes Analogsignal enthält.
10. Regelkreis nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte veränderliche Größe'die' Stellung eines steuerbaren Teils ist und der Servomechanismus eine elektrisch steuerbare hydraulische Vorschubvorrichtung zur Veränderung des Wertes dieser Stellung enthält.
11. Regelkreis nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die binären Daten von dem binären Addierwerk zu dem Zählwerk parallel und die Rückkopplungsa'ignale zu dem Zählwerk in Serie übertragbar sind.
12. Regelkreis nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die binären Daten wenigstens in zwei Teilen zwischen dem binären Addierwerk und dem Zählwerk und zwischen dem Zählwerk und dem Addierwerk übertragbar sind, wobei einer dieser Teile die weniger wichtigen Bits für die Information und der andere dieser Teile die verbleibenden Bits'enthält.
13. Regelkreis nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Meßwertwandler enthält, der auf die Beschleunigung oder Abbremsung der gesteuerten veränderlichen Größe anspricht und ein Rückkopplungssignal erzeugt, das mit einem derartigen Vorzeichen rückgekoppelt wird, daß es zum Unterdrücken von Schwingungen in der gesteuerten veränderlichen Größe wirkt.
14. Regelkreis nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die das binäre Sollwertsignal erzeugt, einen digitalen Rechner enthält, der gemäß einem vorherbestimmten Programm arbeitet.
1. Regelkreis nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsbetrieb des binären Zählwerks durch den Rechner bewerkstelligt wird, welcher nach einem Mikroprogramm arbester.
16. Verfahren zur automatischen Regelung des Wertes einer gesteuerten veränderlichen Größe, dadurch gekennzeichnet, daß binäre Information, die durch einen Rechner erzeugt worden ist und die Änderung des Wertes der gesteuerten veränderlichen Größe, die zum Erreichen des gewünschten Wertes derselben notwendig ist, darstellt, außerhaMbRdes Rechners mit digitalen Rückkopplungssignalen, die den wirklichen Betrag der Änderung der gesteuerten veränderlichen Größe darstellen, algebraisch verglichen wird und das Endergebnis wiederholt zurückgeführt und durch den Rechner auf den neuesten Stand gebracht wird, wobei neue Sollwertsignale vor der Wiederausgabe berücksichtigt werden, so daß das Ergebnis des externen Vergleichs ununterbrochen den Fehler zwischen dem wirklichen Wert und dem gewünschten Wert der gesteuerten veränderlichen Größe angibt, und daß der Wert der gesteuerten veränderlichen Größe ununterbrochen in der Richtung der Verringerung des Fehlers zu Null hin verändert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das "auf den neuesten Stand bringen" gemäß einem Mikroprogramm in dem digitalen Rechner ausgeführt wird.
18. Regelkreis oder Verfahren nach einem der AnsprUche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte veränderliche Größeidie Einstellung eines Werkzeugmaschinenteils ist.

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