DE2338406B2

DE2338406B2 - DEVICE FOR DETERMINING THE EXPONENTIAL AVERAGE OF A SIZE

Info

Publication number: DE2338406B2
Application number: DE19732338406
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 2351 Trappenkam Grisard
Original assignee: LABORATORIUM DR JUSTUS ROSENHAGEN 2000 NORDERSTEDT
Current assignee: Me Meerestechnik Elektronik 2351 Trappenkamp GmbH
Priority date: 1973-07-28
Filing date: 1973-07-28
Publication date: 1977-04-21
Also published as: DE2338406A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des exponentiellen Mittelwertes einer Größe mit einer Kompensationseinrichtung, die aus einer ihr zugeführten, dem jeweiligen Meßwert proportionalen Größe und einer in der Kompensationseinrichtung eingestellten Kompensationsgröße ein in seiner Frequenz von der Differenz der Größen abhängiges Differenzsignal bildet, und mit einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler, der das Differenzsignal in Abhängigkeit von der Polarität der Differenz der Größen zählt und mit seinem Zählerstand die Kompensationsgröße steuertThe invention relates to a device for determining the exponential mean value of a variable a compensation device, which is derived from one supplied to it and proportional to the respective measured value Size and a compensation variable set in the compensation device in its frequency forms a difference signal that is dependent on the difference between the variables, and with an up-down counter, which counts the difference signal depending on the polarity of the difference between the quantities and controls the compensation variable with its counter reading

Eine solche Vorrichtung ist aus der DT-OS 14 48 920 bekannt Die Vorrichtung ermöglicht die Bildung desSuch a device is from DT-OS 14 48 920 known The device enables the formation of the

ίο exponentiellen Mittelwertes, für den die Bedingung gilt, daß die Nachlaufgeschwindigkeit, mit der also der angezeigte Mittelwert dem Momentanwert folg;, proportional zur momentanen Differenz zwischen dem augenblicklichen Wert und dem Mittelwert ist.ίο exponential mean value for which the condition applies, that the follow-up speed, with which the displayed mean value follows the instantaneous value; is proportional to the instantaneous difference between the instantaneous value and the mean value.

»5 Bei der bekannten Vorrichtung handelt es sich um eine Mittelwertvorrichtung für eine Waage. Das Problem der Mittelwertbildung ist hier stark vereinfacht, da der Meßbereich endlich ist und es sich bei dem angezeigten Gewicht um eine lineare Größe handelt.»5 The known device is an averaging device for a scale. The problem of averaging is greatly simplified here, because the measuring range is finite and the weight displayed is a linear quantity.

Die Nachlaufbedingung kann daher auf verhältnismäßig einfache Weise streng erfüllt werden. Die bekannte Vorrichtung muß jedoch dann versagen, wenn nicht lineare Größen, sondern zyklische Größen gemittelt werden sollen. Bei zyklischen Größen, die nach einem Umlauf in sich selbst zurückkehren, führt eine quasi Linearisierung, die die Anwendung der genannten bekannten Vorrichtung erlauben würde, zu ungenauen Ergebnissen, da man eine zyklische Größe nur näherungsweise auf einen endlichen linearen Mittelungsbereich übertragen kann.The run-on condition can therefore be proportionate simple way to be strictly fulfilled. However, the known device must then fail, if not linear quantities but cyclic quantities should be averaged. With cyclic quantities that are after a Reverting to circulation in itself leads to a quasi linearization which the application of the said known device would allow inaccurate results, since one only has a cyclic quantity approximately to a finite linear averaging range can transfer.

So wird beispielsweise mit der Konstruktion der DT-PS 15 48 635 ein solcher Versuch gemacht. Diese Konstruktion zeigt ein Gerät zur Bildung des Mittelwertes der Windrichtung. Diese Richtung stellt eine zyklische Größe mit dem zyklisch wiederkehrenden Bereich 0 bis 360° dar. Die bekannte Konstruktion linearisiert diese zyklische Größe durch Begrenzung des Meßbereiches auf einige wenige Umdrehungen. Bei Überschreiten dieses Meßbereiches, also bei wiederholter Drehung des Meßwertes in derselben Richtung, ergeben sich sinnlose Mittelwerte. Ein weiterer Nachteil dieser Konstruktion liegt darin, daß das Erfassen mehrerer Umdrehungen nur damit erreicht werden kann, daß diese Umdrehungen mit einem Untersetzungsgetriebe auf eine Umdrehung, also einen eindeutigen Bereich reduziert wird, wodurch sich auch die Arzeigegenauigkeit reduziert.For example, the construction of the DT-PS 15 48 635 made such an attempt. This construction shows an apparatus for forming the mean value the wind direction. This direction represents a cyclical quantity with the cyclically recurring one Range from 0 to 360 °. The known construction linearizes this cyclical variable by limiting the Measuring range to a few revolutions. When this measuring range is exceeded, that is, when repeated Rotation of the measured value in the same direction results in meaningless mean values. Another disadvantage this construction is that the detection of several revolutions can only be achieved with it can that these revolutions with a reduction gear on one revolution, so a definite one Area is reduced, which also reduces the accuracy of the display.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Bildung des exakten Mittelwertes einer zyklischen Größe ermöglicht.The object of the present invention is to provide a device of the type mentioned at the beginning create that enables the formation of the exact mean value of a cyclical variable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Winkelgeber eine von einer zu bestimmenden zyklischen Größe in ihrer Phase proportionale undAccording to the invention, this object is achieved in that an angle encoder is one to be determined cyclical size in their phase proportional and

SS eindeutig abhängige Wechselspannung bzw. Impulsfolge erzeugt Als Meßgröße wird hier die Phase einer Wechselspannung bzw. Impulsgröße verwendet. Die Phase stellt eine zyklische Größe dar, die ohne Schwierigkeiten den Winkel der zu messenden zyklisehen Größe exakt wiedergeben kann. Die Mittelung der Phasenlage einer Wechselspannung stellt ebenfalls kein Problem dar, so daß es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erstmals möglich ist, auf verhältnismäßig einfache Weise eine zyklische Größe mathematischSS uniquely dependent alternating voltage or pulse sequence generated The phase of an alternating voltage or pulse size is used here as the measured variable. the Phase represents a cyclical quantity that can easily see the angle of the cyclic being measured Can reproduce size exactly. The averaging of the phase position of an alternating voltage also provides is not a problem, so that it is possible for the first time with the device according to the invention on a relatively simple way a cyclic quantity mathematically

fts exakt zu mitteln. Der Umweg über die Linearisierung der zyklischen Größe, der stets zu Meßfehlern führt, kann entfallen. Von Vorteil ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vor allem auf dem Gebiet der Mittelwert-to average fts exactly. The detour via linearization the cyclical size, which always leads to measurement errors, can be omitted. The one according to the invention is advantageous Device mainly in the field of mean value

bildung der Windrichtung. Für meteorologische Untersuchungen werden mathematisch exakte Mittelwerte benötigt Auf diesem Gebiet wurde bisher versucht, den Mittelwert auf zyklischem Wege mitteis elektromotorischer, mechanisch arbeitender Vorrichtungen zu bilden. Mit diesen Vorrichtungen konnte die Nachlaufcharakteristik jedoch nur über sehr kleine Winkel eingehalten werden. Die Bildung eines auch nur annähernd exakten Mittelwertes war mit solchen Vorrichtungen genauso unmöglich wie mit der eingangs geschilderten quasi ;o linear arbeitenden Vorrichtung.formation of the wind direction. Mathematically exact mean values are used for meteorological investigations Required In this area, attempts have been made so far to determine the mean value in a cyclical way by means of electromotive, to form mechanically operating devices. With these devices, the overtravel characteristic however, they can only be maintained over very small angles. The formation of an even approximately exact Average value was just as impossible with such devices as with the one described at the beginning; o linear working device.

Weiterhin vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtung einen setzbaren Phasenschieber enthält, der die Phase einer von einem phasenunabhängigen Impulsgenerator erzeugten zweiten Impulsfolge gleicher Frequenz in Abhängigkeit vom Zählerstand des Zählers verschiebt und einem Phasenvergleicher zuführt, der die Phasen der ersten und zweiten Impulsfolge vergleicht und das Differenzsignal als dritte Impulsfolge mit einer der Phasendifferenz direkt proportionalen Folgefrequenz sowie ein Vorzeichensignal zur Umsteuerung des Vorwärts-Rückwärts-Zählers erzeugt. Diese Kompensationseinrichtung arbeitet vollständig mit zyklischen Größen und kann mit verhältnismäßig einfachen und unkomplizierten elektronischen Bauelementen verwirklicht werden.The device according to the invention is also advantageously characterized in that the compensation device contains a settable phase shifter, the phase of one of a phase independent Pulse generator generated second pulse train of the same frequency depending on the count of the Counter shifts and a phase comparator feeds the phases of the first and second The pulse train compares and the difference signal as a third pulse train with one of the phase differences directly proportional repetition frequency and a sign signal for reversing the up / down counter generated. This compensation device works completely with cyclic variables and can with relatively simple and uncomplicated electronic components can be realized.

Vorteilhaft ist diese Vorrichtung ferner dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der ersten Impulsfolge ein ringförmiges Potentiometer mit zwei um 180° versetzten Schleifern dient, das an jeweils um 120° versetzten Punkten mit drei Ausgängen eines von dem Impulsgenerator synchronisierten Dreiecksgenerators verbunden ist, der drei je um 120° phasenverschobene Dreiecksspannungen erzeugt, wobei die Schleifer des Potentiometers mit den Eingängen eines Komparators verbunden sind, dessen Ausgang mit dem ersten Eingang des Phasenvergleichers verbünden ist. An den Schleifern des Potentiometers werden Spannungen abgegriffen, die sich durch Addition der dem Potentiometer zugeffihrten Dreiecksspannungen auf der Widerstandsbahn des Potentiometers ergeben. Die Differenzspannung zwischen beiden Schleifern hat die vorteilhafte Eigenschaft, da3 ihre Nulldurchgänge eine Phasendifferenz gegenüber der Phasenlage des Impulsgenerators aufweisen, die proportional zu der Winkelstellung der Schleifer ist Der Komparator erzeugt folglich eine Impulsfolge mit der gewünschten winkelabhängigen Phasenlage, also die erste Impulsfolge. Es wird hierdurch ein impulsphasenmodulierender Winkelgeber zur Anzeige eines momentanen Winkels geschaffen, der sich durch große Einfachheit und hohe Genauigkeit auszeichnet und der universell zur Umwandlung einer beliebigen zyklischen Größe in ein digital verarbeitbares Signal geeignet ist. Vorteilhaft ist für den vorliegenden Anwendungsfall die Tatsache, daß das übliche ringförmige Potentiometer vorhandener Geräte, beispielsweise vorhandener Windmeßgeräte benutzt werden kann. Es können also z. B. Mittelwertgeräte, die nach dem elektromotorischen Nachlaufverfah- da ren arbeiten, ohne große Kosten auf das erfindungsgemäße Verfahren umgerüstet werden.Advantageously, this device is further characterized in that a ring-shaped potentiometer with two sliders offset by 180 ° is used to generate the first pulse sequence, which is connected at points offset by 120 ° to three outputs of a triangular generator synchronized by the pulse generator 120 ° phase-shifted triangular voltages are generated, the wipers of the potentiometer being connected to the inputs of a comparator, the output of which is connected to the first input of the phase comparator. At the wipers of the potentiometer, voltages are tapped which result from the addition of the triangular voltages applied to the potentiometer on the resistance path of the potentiometer. The differential voltage between the two wipers has the advantageous property that their zero crossings have a phase difference with respect to the phase position of the pulse generator which is proportional to the angular position of the wiper.The comparator consequently generates a pulse train with the desired angle-dependent phase position, i.e. the first pulse train. This creates a pulse-phase-modulating angle encoder for displaying an instantaneous angle, which is characterized by great simplicity and high accuracy and which is universally suitable for converting any cyclic variable into a digitally processable signal. The fact that the usual ring-shaped potentiometer of existing devices, for example existing wind measuring devices, can be used is advantageous for the present application. So it can z. B. mean value devices that work according to the electromotive Nachlaufverfah- da ren can be converted to the method according to the invention without great costs.

Vorteilhaft ist die Vorrichtung weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß entweder der Phasenvergleicher so ausgeführt ist, daß das Verhältnis von Ausgangsfrequenz zu Phasendifferenz regelbar ist oder daß der Phasenschieber bzw. der Vorwärts-Rückwärts-Zähler so ausgeführt ist, daß das Verhältnis von Zählerstand zu Phasenverschiebung regelbar ist Durch einfache elektronische Maßnahmen wird erreicht daß die Mittelungskonstante über sehr große Zeiträume verändert werden kann. So ermöglichen erfindungsgemäße Vorrichtungen die Einstellung in einem Bereich von ca. 0,1 Sek. bis mehrere Stunden.The device is also advantageously characterized in that either the phase comparator is designed so that the ratio of output frequency to phase difference can be regulated or that the Phase shifter or the up-down counter is designed so that the ratio of the count to Phase shift can be regulated By simple electronic measures it is achieved that the averaging constant can be changed over very long periods of time. Thus enable according to the invention Devices the setting in a range from approx. 0.1 seconds to several hours.

Schließlich ist die Vorrichtung vorteilhaft dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber so ausgeführt ist, daß er beim 360°-Durchgang der Phase auf Null rückstellt und/oder daß der Vorwärts-Rückwärts-Zähler derart ausgeführt ist, daß er bei dem dieser Phasenverschiebung entsprechenden Wert selbst auf Null rücksetzt. Bei digital arbeitenden Phasenschiebern und Zählern ist die Nullrücksetzung bei bestimmten Werten sehr einfach durchführbar. Es wird vermieden, daß die Zähler zu große Werte speichern müssen und daß die Phasenschieber, sofern sie nur bis zu gewissen Grenzwerten arbeitsfähig sind, diese Grenzwerte überschreiten.Finally, the device is advantageously characterized in that the phase shifter is designed in this way is that it resets to zero when the phase is passed through 360 ° and / or that the up / down counter is designed in such a way that it starts at the value corresponding to this phase shift Resets zero. In the case of digitally operating phase shifters and counters, the zero reset is at certain Values can be carried out very easily. It is avoided that the counters have to store too large values and that the phase shifters, provided they are only able to work up to certain limit values, these limit values exceed.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Vorrich tung beispielsweise und schematisch dargestellt.In the drawing, a Vorrich device according to the invention is shown for example and schematically.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung dient zur Bildung des exponentiellen Mittelwertes der Richtung einer Wetterfahne t. Diese ist auf einer drehbar gelagerten Achse 2 befestigt, an deren unterem Ende zwei um 180° versetzte Schleifer 3a und 36 eines ringförmigen Potentiometers 4 befestigt sind. Das Potentiometer besitzt drei feste Anzapfungen 5. Diese Anzapfungen sind jeweils um 120° auf dem kreisförmigen Potentiometer gegeneinander versetzt und sind über drei Leitungen 6 mit drei Ausgängen eines Dreiecksgenerators verbunden.The device shown in the figure serves to form the exponential mean value of the direction a weather vane t. This is attached to a rotatably mounted axle 2, at its lower end two wipers 3a and 36, offset by 180 °, of an annular potentiometer 4 are attached. That Potentiometer has three fixed taps 5. These taps are each 120 ° on the circular Potentiometers offset from one another and are via three lines 6 with three outputs one Triangle generator connected.

Der Dreiecksgenerator erzeugt drei identische, um je 120° phasenverschobene Dreiecksspannungen. Sein Synchronisierungseingang ist über eine Leitung 7 mit dem Ausgang eines Impulsgenerators verbunden. Die drei um je 120° phasen verschobenen Dreiecksspannungen, die an die Anzapfungen 5 des Potentiometers 4 gelangen, besitzen also die Frequenz des Impulsgenerators und sind gegenüber diesem phasenstarr.The triangle generator generates three identical triangular voltages, each phase shifted by 120 °. being The synchronization input is connected to the output of a pulse generator via a line 7. the three triangular voltages, each phase shifted by 120 °, which are applied to the taps 5 of the potentiometer 4 arrive, so have the frequency of the pulse generator and are phase-locked with respect to this.

Durch Überlagerung der drei in den Anzapf'ingen 5 eingespeisten Dreiecksspannungen auf dem Widerstand des Potentiometers 4 entsteht in jedem Punkt des Potentiometers eine durch die Schleifer 3a bzw. 3b abgreifbare Summenspannung. Die Differenzsummenspannung beider Schleifer besitzt die Eigenschaft, daß ihr Nulldurchgang in seiner Phase φι linear abhängig ist von der Winkelstellung der Schleifer. Die Phasenlage φι des Nulldurchganges der mit den Schleifern 3a und 36 abgegriffenen Differenzspannung ist also gegenüber der Phasenlage des Impulsgenerators um den Winkel phasenverschoben, der dem Winkel der Wetterfahne 1 gegenüber einer festen Nullage, also dem zu messenden Winkel φ entspricht.By superimposing the three triangular voltages fed into the taps 5 on the resistor of the potentiometer 4, a total voltage that can be tapped off by the wiper 3a or 3b is produced at each point of the potentiometer. The total difference voltage of the two grinders has the property that their zero crossing in its phase φι is linearly dependent on the angular position of the grinder. The phase position φι of the zero crossing of the differential voltage tapped with the wipers 3a and 36 is phase shifted with respect to the phase position of the pulse generator by the angle that corresponds to the angle of the weather vane 1 with respect to a fixed zero position, i.e. the angle φ to be measured.

Die Schleifer 3a und 3b sind über Leitungen 8a und Sb mit den Eingängen eines Komparators verbunden. Dieser erzeugt je nach dem Vorzeichen der an seinen beiden Eingängen stehenden Differenzspannung der Schleifer an seinem Ausgang eine logische L oder 0. Er erzeugt somit eine Impulsfolge, deren Phasenlage die gewünschte Winkelabhängigkeit besitzt. Diese Impulsfolge gelangt als erste Impulsfolge über eine Leitung 8 zum ersten Eingang eines Phasenvergleichers. Der Ausgang des Impulsgenerators ist über eine Leitung 9 mit dem Eingang eines Phasenschiebers verbunden, dessen Ausgang über eine Leitung 10 mit dem zweiten Eingang des Phasenvergleichers verbunden ist und diesem eine gegenüber der Phasenlage des Impulsgene-The sliders 3a and 3b are connected to the inputs of a comparator via lines 8a and Sb. Depending on the sign of the differential voltage of the wiper at its two inputs, this generates a logic L or 0. It thus generates a pulse sequence whose phase position has the desired angle dependency. This pulse train arrives as the first pulse train via a line 8 to the first input of a phase comparator. The output of the pulse generator is connected via a line 9 to the input of a phase shifter, the output of which is connected via a line 10 to the second input of the phase comparator and this one compared to the phase position of the pulse generator

rators phasenverschobene zweite Impulsfolge zuführt. Der Phasenvergleicher vergleicht die Phasen der beiden auf den Leitungen 8 und 10 ankommenden Impulsfolgen. Diese beiden Impulsfolgen besitzen die gleiche Frequenz, da sie beide durch den Impulsgenerator synchronisiert werden. Die Phasenlage φι der auf der Leitung 8 ankommenden Impulsfolge ist bestimmt durch die Stellung der Schleifer und stellt also den augenblicklichen Wert dar, während die Phasenlage ψ2 der auf der Leitung 10 ankommenden Impulsfolge bestimmt ist durch die Stellung des Phasenschiebers.rators phase-shifted second pulse train supplies. The phase comparator compares the phases of the two pulse trains arriving on lines 8 and 10. These two pulse trains have the same frequency because they are both synchronized by the pulse generator. The phase position φι of the incoming pulse train on the line 8 is determined by the position of the slider and thus represents the current value, while the phase position ψ2 of the incoming pulse train on the line 10 is determined by the position of the phase shifter.

Der Phasenvergleicher erzeugt an seinem ersten, mit einer Leitung 11 verbundenen Ausgang eine dritte Impulsfolge, deren Frequenz proportional zur Phasendifferenz Δφ zwischen der über die Leitung 8 ankommenden ersten Impulsfolge und der über die Leitung 10 ankommenden zweiter. Impulsfolge ist. Die Leitung 11 ist mit dem Zähleingang eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers verbunden, der daher laufend die dritte Impulsfolge zählt Der Vorwärts-Rückwärts-Umschalteingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers ist über eine Leitung 12 mit einem zweiten Ausgang des Phasenvergleichers verbunden, welcher das Vorzeichen der Phasendifferenz Δφ beispielsweise in Form einer Spannung abgibt Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler integriert folglich die dritte Impulsfolge, welche dem Betrag der Phasendifferenz proportional ist unter Berücksichtigung des Vorzeichens dieser Phasendifferenz. The phase comparator generates a third pulse train at its first output connected to a line 11, the frequency of which is proportional to the phase difference Δφ between the first pulse train arriving via line 8 and the second arriving via line 10. Pulse train is. The line 11 is connected to the counting input of an up-down counter, which therefore continuously counts the third pulse train emits the phase difference Δφ, for example in the form of a voltage. The up / down counter consequently integrates the third pulse sequence, which is proportional to the amount of the phase difference, taking into account the sign of this phase difference.

Am Ausgang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers steht die durch laufendes Zählen der Impulse der dritten Impulsfolge aufsummierte Zahl, welche sich je nach dem über die Leitung 12 übertragenen Vorzeichen ständig vergrößert bzw. verkleinert. Der Ausgang des Zählers ist über eine Leitung 13 mit dem Setzeingang des Phasenschiebers verbunden. Dieser ist so ausgebildet, daß er eine Phasenverschiebung erzeugt welche proportional ist zu der an seinem Setzeingang erscheinenden, dem Zählerstand entsprechenden Zahl.At the output of the up / down counter there is the counting of the pulses of the third Pulse sequence summed up number, which varies depending on the Sign transmitted via line 12 is constantly increased or decreased. The output of the counter is connected to the set input of the phase shifter via a line 13. This is trained that it produces a phase shift which is proportional to that at its set input appearing number corresponding to the counter reading.

Der Ausgang des Zählers, der eine zur Phasenverschiebung proportionale Größe abgibt ist über eine Leitung 14 mit dem Eingang einer Anzeigevorrichtung verbunden, welche diesen Wert, der dem gewünschten Mittelwert entspricht in eine ablesbare Winkelanzeige umsetztThe output of the counter, which outputs a variable proportional to the phase shift, is via a Line 14 connected to the input of a display device, which this value, the desired Mean value is converted into a readable angle display

Wenn sich die Wetterfahne t ständig in einer Richtung dreht muß der Phasenschieber die Phase φ₂ ständig in einer Richtung nachschieben. Sollte der Phasenschieber so ausgebildet sein, daß er die Phase nur über einen bestimmten Bereich verschieben kann, so empfiehlt es sich, den Phasenschieber nach einer Phasenverschiebung um 360° bzw. einem Vielfachen davon auf Null zurückzusetzen. Wenn dieses Zurücksetzen in einer gegenüber der Impulsfolgezeit sehr kurzen Zeit erfolgt treten keine die dritte Impulsfolge störenden Fehler im Phasenvergleicher auf.If the weather vane t rotates constantly in one direction, the phase shifter must _{constantly shift the phase φ 2} in one direction. If the phase shifter is designed so that it can only shift the phase over a certain range, it is advisable to reset the phase shifter to zero after a phase shift of 360 ° or a multiple thereof. If this resetting takes place in a very short time compared to the pulse train time, there are no errors in the phase comparator that interfere with the third pulse train.

Bei der dieser Phasenverschiebung um 360° entsprechenden Zahl am Setzeingang des Phasenschiebers bzw. am Ausgang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers kann auch der Zähler auf Null zurückgesetzt werden, ohne daß die Funktion der Vorrichtung in einer den Mittelwert verfälschenden Weise beeinträchtigt wird. Durch dieses Rückstellen des Vorwärts-Rückwärts-Zählers wird dessen Größe bzw. Kapazität auf das Minimum beschränktWith the one corresponding to this phase shift by 360 ° Number at the set input of the phase shifter or at the output of the up / down counter also the counter can be reset to zero without affecting the function of the device in one of the Mean value is adversely affected. By resetting the up / down counter its size or capacity is limited to the minimum

Die Änderung der Zeitkonstante der Mittelung kann an zwei Stellen der Vorrichtung erfolgen. Entweder wird das Verhältnis der Frequenz der dritten Impulsfolge zur Phasendifferenz Δφ zwischen der ersten Impulsfolge und der zweiten Impulsfolge verändert, so daß also der Zähler bei einer bestimmten Phasendifferenz am Phasenvergleicher schneller bzw. langsamer volläuft, oder es wird das Verhältnis der vom Zählerausgang auf den Setzeingang des Phasenschiebers übertragenen Zahl zur Phasenverschiebung verändert, so daß also im Verhältnis zu einer bestimmten Zahl im Zähler eine größere bzw. kleinere Phasenverschiebung erfolgt Erreicht wird in beiden Fällen, daß bei einer Änderung der Phasenlage φι der ersten Impulsfolge die Phasenlage φι der zweiten Impulsfolge schneller bzw. langsamer nachgeregelt wird, was einer Änderung der Konstanten C der Differentialgleichung derThe time constant of the averaging can be changed at two points in the device. Either the ratio of the frequency of the third pulse train to the phase difference Δφ between the first pulse train and the second pulse train is changed, so that the counter fills up faster or slower at a certain phase difference on the phase comparator, or the ratio of the counter output to the set input of the phase shifter transmitted number changed to phase shift, so that in relation to a certain number in the counter a larger or smaller phase shift takes place. What is achieved in both cases is that when the phase position φι of the first pulse train is changed, the phase position φι of the second pulse train faster or is readjusted more slowly, which leads to a change in the constant C of the differential equation of the

■5 Nachlaufcharakteristik entspricht■ corresponds to 5 overtravel characteristics

Die Steuerung der Zählrichtung des Vorwärts-Rückwärts-Zählers über die Leitung 12 durch den zweiten Ausgang des Phasenvergleichers erfolgt derart, daß bei einer auftretenden Phasendifferenz Δφ zwi-The control of the counting direction of the up-down counter via the line 12 through the second output of the phase comparator takes place in such a way that when a phase difference Δφ occurs between

x> sehen den beiden Eingängen des Phasenvergleichers durch den Phasenschieber die Phase φι der zweiten Impulsfolge auf dem kürzesten Wege der Phase φι der ersten Impulsfolge nachgeführt wird.x> see the two inputs of the phase comparator through the phase shifter the phase φι of the second pulse train is tracked on the shortest path of the phase φι of the first pulse train.

Zum Verständnis der Funktion sei angenommen, daß die Wetterfahne 1 plötzlich um einen bestimmten Winkel Δφ verdreht wird. Sie ist also gegenüber dem Mittelwert der nur langsam folgt um den Winkel Δφ verdreht. Durch die entsprechende Verdrehung der Schleifer 3a und 3b erfährt die erste Impulsfolge eine Phasenverschiebung um denselben Winkel Δφ. Wenn zuvor die Phasenlage der ersten und der zweiten Impulsfolge übereingestimmt hatte, so besteht nunmehr zwischen den beiden Impulsfolgen eine Phasenverschiebung um den Winkel Δφ, um den die Wetterfahne 1 verdreht ist Der Phasenvergleicher liefert nunmehr an seinem ersten Ausgang über die Leitung 11 Impulse der dritten Impulsfolge mit einer zu dieser Phasendifferenz Δφ proportionalen Frequenz. Die in den Vorwärts-Rückwärts-Zähler einlaufenden Impulse werden dort entsprechend dem Vorzeichen der Phasendifferenz Δφ zu der schon im Zähler stehenden Zahl addiert bzw subtrahiert was einer Integration der dritten Impulsfolge und damit des Differenzsignals entspricht Entsprechend der Änderung dieser, der integrierten Summe entsprechenden Zahl ändert der Phasenschieber die Phasenverschiebung der zweiten Impulsfolge gegenüber der Phasenlage des Impulsgenerators.To understand the function, it is assumed that the weather vane 1 is suddenly rotated by a certain angle Δφ. It is therefore rotated by the angle Δφ compared to the mean value, which only follows slowly. The first pulse sequence experiences a phase shift by the same angle Δφ as a result of the corresponding rotation of the sliders 3a and 3b. If the phase position of the first and the second pulse sequence had previously agreed, there is now a phase shift between the two pulse sequences by the angle Δφ by which the weather vane 1 is rotated.The phase comparator now delivers pulses of the third pulse sequence at its first output via line 11 with a frequency proportional to this phase difference Δφ. The pulses entering the up-down counter are added or subtracted from the number already in the counter according to the sign of the phase difference Δφ, which corresponds to an integration of the third pulse sequence and thus the difference signal the phase shifter the phase shift of the second pulse train with respect to the phase position of the pulse generator.

Die Phasenlage φι der zweiten Impulsfolge wird daher der Phasenlage φι der ersten ImpulsfolgeThe phase position φι of the second pulse train is therefore the phase position φι of the first pulse train

so angenähert Dadurch verringert sich die Frequenz der dritten Impulsfolge. Bei weiterhin feststehender Wetterfahne 1 wird die Phasendifferenz Δφ am Phasenvergleicher laufend kleiner und entsprechend auch die Frequenz der dritten Impulsfolge kleinen Die Ände rungsgeschwindigkeit φ der Phase der zweiten Impulsfolge ist bei dem oben beschriebenen Aufbau, wenn ir allen Komponenten Linearität besteht, proportional zui Phasendifferenz Δφ und damit zur Differenz zwischen der Phasenlage φι der zweiten Impulsfolge und deiso approximated This reduces the frequency of the third pulse train. In further fixed vane 1, the phase difference Δφ is continuously smaller at the phase comparator and corresponding to the frequency of the third pulse string small die of amendments speed of the phase of the second pulse train φ is when ir consists in the construction described above all components linearity, proportional zui phase difference Δφ and thus to the difference between the phase position φι of the second pulse train and dei

Phasenlage φι der ersten Impulsfolge, welche dei Winkelstellung der Wetterfahne 1 proportional ist Die Phasenlage φι der zweiten Impulsfolge stellt daher der exponentiellen Mittelwert der Richtung der Wetterfahne 1 dar, welcher bei weiterhin festgehaltenei Wetterfahne 1 asymptotisch, einer e-Funktion folgend gegen den augenblicklichen Wert hin läuft, entsprechend der DifferentialgleichungPhase position φι of the first pulse train, which is proportional to the angular position of the weather vane 1 The phase position φι of the second pulse train therefore represents the exponential mean of the direction of the weather vane 1, which is asymptotically when the weather vane 1 is still held, following an exponential function against the current value runs, according to the differential equation

φ= — C- Δφ. φ = - C- Δφ.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for determining the exponential Mean value of a variable with a compensation device that is derived from a value supplied to it, the size proportional to the respective measured value and one set in the compensation device Compensation variable is a frequency-dependent difference signal on the difference between the variables forms, and with an up-down counter, which counts the difference signal as a function of the polarity of the difference between the quantities and includes it its counter reading controls the compensation variable, characterized in that a Angle encoder one of a cyclic variable to be determined in its phase and proportional uniquely dependent alternating voltage or pulse sequence is generated

2. Device according to claim 1, characterized in that that the compensation device contains a settable phase shifter that the phase a second pulse train of the same frequency generated by a phase-independent pulse generator shifts depending on the count of the counter and feeds it to a phase comparator, which compares the phases of the first and second pulse trains and the difference signal as the third Pulse train with a repetition frequency directly proportional to the phase difference and a sign signal generated for reversing the up / down counter

3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a ring-shaped potentiometer (4) with two sliders (3) offset by 180 ° is used to generate the first pulse train, which has three outputs at points (5) offset by 120 ° (6) a triangular generator synchronized by the pulse generator is connected, which generates three triangular voltages each phase shifted by 120 °, the wipers of the potentiometer being connected to the inputs (8a, Sb) of a comparator, the output (8) of which is connected to the phase comparator

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that either the phase comparator is designed so that the ratio of output frequency to phase difference can be regulated or that the phase shifter or the up / down counter is designed so that the ratio of counter reading to phase shift can be regulated

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the phase shifter is designed so that it resets to zero when the phase is passed through 360 ° and / or that the up-down counter is designed such that it is in this phase shift resets the corresponding value to zero itself.