DE2358716B2 - Schaltung zur Rückstellung eines drehbar gelagerten Teils - Google Patents
Schaltung zur Rückstellung eines drehbar gelagerten TeilsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der US-PS 30 74 279, Fig. 1, ist bereits eine Schaltung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1
beschriebenen Art bekannt. Durch eine derartige Rückstellschaltung wird auf das drehbar gelagerte Teil,
dessen Drehung einer Meßgröße entspricht, eine der durch die Meßgröße bedingten Auslenkung entgegengerichtete
Kraft ausgeübt. Dabei wird ein erheblicher Teil des auftretenden Fehlers durch die Haftreibung an
den Lagerstellen des drehbar gelagerten Teils hervorgerufen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Einfluß der Haftreibung auf die Bewegung des drehbar
gelagerten Teils zu vermeiden und die Lagerreihung auf ein Mindestmaß herabzusenken.
Ausgehend von der Erkenntnis, daß der Einfluß der
•j Haftreibung durch eine Zitterbewegung des drehbar
gelagerten Teils ausgeschaltet werden kann, wird diese Aufgabe, ausgehend von der bekannten Schaltung,
durch! die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenden Merkmale gelöst
ίο Hierbei kann nach Bedarf der Widerstandswert des
variablen Widerstandes so eingestellt werden, daß eine Zitterbewegung des drehbar gelagerten Teils hervorgerufen
wird.
Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen
Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen
is der erfindungsgemäßen Schaltung sind Gegenstand der
Unteransprüche 2 bis 9.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert Es
zeigt
F i g. 1 das Blockschaltbild einer Schaltung, bei der
eine elektronische Zitterschaltung in Verbindung mit einem Servobeschleunigungsmesser nach der US-PS
30 74 279 angewendet wird;
Fig.2 das Blockschaltbild einer Schaltung, bei der
eine Zitterschaltung in Verbindung mit einem photoelektrischen Abtaster in einem Beschleunigungsmesser
nach der US-PS 32 95 378 verwendet wird; und
F i ij. 3 einen ausführlichen Schaltplan eines Beschleunigungsmessers
nach F i g. 1.
In F i g. 1 ist das Blockschaltbild einer sogenannten Zitterschaltung in Verbindung mit einem Servobeschleunigungsmesser
gemäß der US-PS 30 74 279 dargestellt Wie in dieser US-PS beschrieben ist, besteht
ein solcher Servobeschleunigungsmesser aus einem auslenkbaren System 10 mit Rückstellkraft sowie einem
Abtaster U. Das auslenkbare System 10 mit Rückstellkraft umfaßt eine Rückstellspule 13, die dazu dient, das
bewegbare Element in eine Nullstellung zurückzustellen. Der Abtaster 11 erfaßt die Stellung des ausgelenkten
Systems; sein Ausgang ist an einen Oszillator 14 angeschlossen. Der Ausgang des Oszillators 14 ist mit
einem Detektor 16 verbunden, dessen Ausgangssignal durch einen Funktionsverstärker 17 verstärkt wird. Der
Ausgang des Funktionsverstärkers 17 ist über einen Widerstand 18 und einen Kondensator 19 auf seinen
Eingang rückgekoppelt. Der Ausgang des Verstärkers 17 ist ferner über eine Rückstellspule und eine
Parallelschaltung aus einem Widerstand Rl und einen Kondensator Cl nach Masse geführt, die dazu dienen,.
so eine Phasenvoreilung zu erzielen, damit ein gedämpfter Servostromkreis besteht. Eine sogenannte Zitterschaltung
21 ist vorgesehen und dient dazu, die Stabilität in der Rückkopplung des Verstärkers 17 aufzuheben.
Ferner ist eine Zeitschaltung 22 vorgesehen, die zur Steuei-ung der Rückkehr der Dämpfung des Servostrom
kreises dient Sobald elektrische Leistung auf den Servobeschleunigungsmesser gegeben wird, beginnt die
Zeitschaltung 22 mit der Zeitsteuerung. Während dieses gesteuerten Zeitintervalls ist die Zitterschaltung in
Betrieb und bildet einen Nebenwiderstand mit geringem Widerstand parallel zum Rückkopplungs-Widerstand
18.
Unter der Wirkung einer Beschleunigung wird eine auf das auslenkbare System JO wirkende Kraft erzeugt,
h5 die versucht, eine Auslenkung hervorzurufen. Wenn
eine Auslenkung stattfindet, dienen der Oszillator 14, der Detektor 16 und der Verstärker 17 als Stellungsfehlerdetektor
und Servoverstärker und erzeugen ein
schnell ansteigendes Rückkopplungssignal, das einen Strom durch die Rückstellspule 13 liefert Die
Zitterschaltung 21 hebt die Dämpfung für einen vorbestimmten Zeitraum auf, was bewirkt, daß der
geschlossene Servostromkreis instabil wird und schwingt Die Zeitschaltung 22 ermöglicht, daß die
Zitterschaltung 21 allmählich die Nebenschließung des Rückkopplungswiderstandes 18 vermindert und dadurch den Servostromkreis wieder stabilisiert Nach
einer vorbestimmten Zeitdauer erlischt daher die Schwingung, und der Servostromkreis wird wieder für
den normalen Betrieb angemessen gedämpft Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der Funktion des ausführlich in F i g. 3 dargestellten Schaltplanes.
Fig.2 zeigt ein weiteres Blockschaltbild einer Zitterschaltung in Verbindung mit einem photoelektrisch an Abtaster gemäß der US-PS 32 95 378.
Wie in diesem US-Patent beschrieben wird, besteht
diese Anordnung aus dem auslenkbaren System 10 mit Rückstellkraft, in dem die Stellung des auslenkbaren
Elementes von einem photoelektrischen Abtaster 27 erfaßt wird. Der Ausgang des photoelektrischen
Abtasters 27 ist mit einem Verstärker 17 verbunden, dessen Ausgangssignal der Rückstellspule 13 sowie über
einen Lastwiderstand Rl Masse zugeführt wird. Eine Phasenvoreilungsschaltung 31 ist vorgesehen, die aus
zwei in Reihe geschalteten Widerständen 32 und 33 besteht, die an der Verbindungsstelle zwischen den zwei
Widerständen über einen Widerstand 34 und einen Kondensator 36 an Masse gelegt sind. Diese Schaltung
31 hat den Zweck, ein Dämpfungssignal bzw. eine Veränderung der Übertragungsfunktion zu erzeugen,
damit eine Dämpfung für den Servostromkreis erhalten wird. Diese Schaltung bewirkt, daß die Verstärkung bei
hohen Frequenzen wesentlich höher als die Verstärkung bei niedrigen Frequenzen ist. Die Wirkungsweise der
Phasenvoreilungs-Schaltung bzw. Rückkopplungsschaltung wird durch einen Kondensator 19 in Reihe mit der
Rückkopplungsschaltung bei der Frequenz Null erhöht, so daß der Verstärker mit größter Verstärkung bei
Servo-Ausgleich mit Null-Frequenz und mit gesteuerter Verstärkung arbeitet, wobei die Steuerung durch die
Schaltung parallel zum Verstärker und den Kondensator 19 erfolgt, der bei höheren Frequenzen als
beispielsweise 10 Hz als Kurzschluß wirkt. Daher
arbeitet die Schaltung dann für Frequenzen oberhalb von 10 Hz und bewirkt eine gesteuerte Verstärkung in
diesem mittleren Bandbereich, die als Plateauvei Stärkung bezeichnet werden kann. Der nebengeschlossene
Teil Widerstand-Kondensator-Masse der Schaltung bewirkt, daß die Rückkopplung parallel zum Verstärker
mit steigender Frequenz vermindert wird und daß daher die Gesamtverstärkung des Verstärkers mit der
Frequenz ansteigt. Eine Änderung der Verstärkung mit der Frequenz erzeugt eine Phasenvoreilungs-Charakteristik im gesamten Stromkreis des Servobeschleunigungsmessers und erzeugt auf diese Weise eine
Phasenvoreilungs-Charakteristik, die am größten in der Mitte der ansteigenden Kurve der Übertragungsfunktion ist Die Zitterschaltung 21 kann in dargestellter
Weise aus einem veränderbaren Widerstand in Form einer Photozelle bestehen. Wenn die Zitterschaltung 21
parallel zur Phasenvoreilungs-Schaltung 31 geschaltet ist, vermeidet sie den Anstieg in der Verstärkungscharakteristik der Phasenvoreilungsschaltung und vermindert die Gesamtverstärkung des Servostromkreises
wesentlich, indem sie direkt parallel zur Phasenvoreilungs-Schaltung einen Nebenwiderstand mit niedrigem
Widerstand bildet Diese Aufhebung der Phasenvoreilung und Hinzufügung einer größeren Phasennacheilung macht den Servostromkreis instabil und bewirkt,
daß er zu schwingen anfängt Die Zeitschaltung 22 bewirkt, daß der Widerstand der Photozelle allmählich
ansteigt, wodurch die volle Funktionsfähigkeit des Servostromkreises allmählich wieder hergestellt wird.
Fig.3 zeigt einen verhältnismäßig ausführlichen
ίο Schaltplan einer elektronischen Zitterschaltung in
Verwendung bei einem photoelektrischen Abtaster.
Die elektromechanische Anordnung 46, von der nur ein Teil in Fig.3 schematisch dargestellt ist, kann im
wesentlichen herkömmlicher Art sein, wie sie beispiels
weise in der US-PS 32 95 278 beschrieben ist Diese
Anordnung hat die Form eines Drehmomenterzeugers herkömmlicher Bauart, wie beispielsweise ein Drehspulgalvanometer und besteht aus einer rechteckigen
Drehspule 47 mit Spiralfedern 48, die mit der Drehspule
47 verbunden sind und dieser einen Rückstellstrom
zuführen können. Die Drehspule wird an gegenüberliegenden Enden von zwei Lagern 49 drehbar getragen,
die je aus Stein und Zapfen bestehen. Ein innerhalb der Drehspule angeordneter Magnet 51 hat die Form eines
zylindrischen Körpers und ist so magnetisiert, daß sein Nord- und Südpol mit der Achse der Drehspule 47 einen
Winkel von 90° einschließen. Eine (magnetische) Rückführung ist in Form eines Zylinders 52 vorgesehen,
innerhalb dessen der magnetische zylindrische Körper
51 angeordnet ist
An der mit einer Rückstellkraft beaufschlagten Drehspule 47 ist eine Fahne 56 angebracht, die sich
zusammen mit der Drehspule 47 bewegen kann. Die Fahne 56 ist so angeordnet, daß sie den Lichtdurchgang
von einem Paar lichtemittierender Elemente, wie beispielsweise lichtemittierenden Dioden LfDl und
LED 2, steuern kann. Das Licht von den lichtemittierenden Dioden LEDX und LED 2, das an der Fahne 56
vorbeigelangt, wird von geeigneten photoelektrischen
Fühlern, wie beispielsweise Photo transistoren PTX und
PT2, erfaßt.
Wenn sich die Fahne 56 in ihrer ursprünglichen Ruhestellung befindet, beleuchtet das von den Dioden
LEDX und LED 2 ausgesandte Licht in gleicher Weise
die Phototransistoren PTX und PT2, so daß die in Fig.3 dargestellte Schaltung sich im Gleichgewichtszustand befindet
Wenn eine äußere Kraft auf das System wirkt, was beispielsweise der Fall ist, wenn das System btstuieü
nigt wird, bewegt sich die Fahne 56. Eine Bewegung in
einer Richtung bewirkt eine stärkere Bestrahlung des Phototransistors PT2 sowie eine geringere Bestrahlung
des Phototransistors PTt, was von einem entsprechenden Anstieg des Kollektorstromes von PT2 und einem
entsprechenden Abfall des Kollektorstromes in PTX begleitet ist. Die zwei Phototransistoren PTX und PT2
sind — wie dargestellt — in Reihe geschaltet, und die
Verbindungsstelle von Emitter und Kollektor wirkt als Summierstelle 57 für die unausgeglichenen Kollektor-
fio ströme. Dieser unausgeglichene bzw. Reststrom wird
über einen Leiter 59 auf den inversen Eingang 59 eines herkömmlichen Funktionsverstärkers 61 gegeben. Der
Funktionsverstärker 17 dient als Servoverstärker für die
Schaltung. Der Ausgang des Funktionsverstärkers 17
b> wird einem Anschluß 63 zugeführt, der mit einem
Zusatzverstärker 64 verbunden ist, der aus einem npn-Transistor 66 und einem pnp-Transistor 67 besteht,
die in dargestellter Weise miteinander verbunden sind.
Die Emitter der Transistoren 66 und 67 sind in Reihe geschaltet und gemeinsam mit einem Ende eines
Widerstandes 68 verbunden, der mit dem Ausgangsanschluß 63 des Funktionsverstärkers 17 sowie der
jeweiligen Basis der zwei Transistoren 66 und 67 verbunden ist. Der Widerstand 68 dient als Strompfad
und leitet jegliche Streuung vom Kollektor zur Basis der Transistoren ab und verhindert dadurch jedes unerwünschte Einschalten der Transistoren 66 und 67, wenn
nur eine geringe oder gar keine Leistungsabgabe erforderlich ist Der Ausgang des Zusatzverstärkers 64
wird von der Verbindungsstelle der Emitter der Transistoren 66 und 67 über einen Leiter 71 zu einer
Seite der Drehspule 47 mit Rückstellkraft geleitet. Die Drehspule 47 ist über eine Lastschaltung 76 angeschlossen. Die Lastschaltung 76 ist elektrisch an Masse und an
den direkten Eingang 77 des Funktionsverstärkers 17 über eine Leitung 78 angeschlossen. Der Leiter 78 ist
zwischen den Spannungsquellen BX und B 2 angeschlossen.
Es ist eine Einrichtung vorgesehen, die das System zu dem Zeitpunkt instabil macht, zu dem dem System durch
Schließen von Schaltern 79 Leistung zugeführt wird, die die Instabilität für einen vorbestimmten Zeitraum
aufrechterhält und die es ermöglicht, daß die Instabilität während eines vorbestimmten Zeitraumes allmählich
abklingt, damit Haftung im Lagersystem in im folgenden beschriebener Weise aufgehoben werden kann. Dieses
System umfaßt den Funktionsverstärker 17, die Drehspule 47 mit Rückstellkraft und die elektromechanische Anordnung 46, die dem auslenkbaren System der
Fig. 1 und 2 entspricht. Dem Operationsverstärker 17 ist eine zusätzliche Rückkopplungseinrichtung zugeordnet, die dazu dient, diese Instabilität in das System
einzuführen, indem ein Dämpfungssignal bzw. eine Änderung in der Übertragungsfunktion des Funktionsverstärkers hervorgerufen wird, damit eine Dämpfung
für den Servostromkreis erhalten wird. Diese Dämpfung wird erreicht, indem im Nebenschluß zum Rückkopplungsleiter 58 ein Kondensator 19 in Reihe mit einem
Widerstand 82 in einem Leiter 83 angeordnet werden. Der Kondensator 19 in Reihe mit der Rückkopplungsleitung zum Anschluß des Funktionsverstärkers 17 hebt
die gesamte Rückkopplung bei Null-Frequenz auf, so daß der Funktionsverstärker 17 bei Servoangleichung
mit Null-Frequenz mit größter Verstärkung arbeitet und mit gesteuerter Verstärkung arbeitet, die von der
Schaltung parallel zum Verstärker gesteuert wird, nachdem der Kondensator 19 bei einer höheren
Frequenz, wie beispielsweise 10 Hz1 kurzgeschlossen ist.
Die Schaltung arbeitet dann für Frequenzen oberhalb von 10 Hz in der Weise, daß sie eine Rückkopplung zum
Funktionsverstärker 17 liefert und eine gesteuerte Verstärkung in einem mittleren Bandbereich bewirkt,
die als Plateauverstärkung bezeichnet werden kann.
Dies bedeutet mit anderen Worten, daß der nebengeschlossene Weg über Widerstand und Kondensator an Masse, der einen Teil der Rückkopplungsschaltung bildet, über den Kondensator 19 und den
Widerstand 82 bewirkt, daß die Rückkopplung parallel zum Funktionsverstärker 17 vermindert wird, wenn die
Frequenz ansteigt, so daß dadurch die Gesamtverstärkung des Funktionsverstärkers 17 mit der Frequenz auf
einen neuen Wert ansteigt, der am Hochfrequenzende des Frequenzspektrums ungefähr 5 mal größer ist als die
Verstärkung bei beispielsweise 120 Hz. Diese Änderung der Verstärkung mit der Frequenz erzeugt eine
Phasenvoreilungscharatkeristik im gesamten Stromkreis des Servosystems, wodurch eine Phasenvoreilungscharakteristik erzeugt wird, die einen Größtwert ir
der Mitte der ansteigenden Kurve der Übertragungsfunktion hat. Somit besteht beim Übergang von einei
niedrigen Plateauverstärkung zu einer wesentlich höheren Verstärkung bei hohen Frequenzen, die — wie
bereits angeführt wurde — beispielsweise 5 mal größei sein kann, eine Steigung von 6 db je Oktave, die die zwei
Verstärkungsniveaus verbindet. In der Mitte dieser
ίο Steigung, d. h. auf halber Höhe der Steigung wird die
größte Phasenvoreilung erreicht. Diese größte Phasenvoreilung ist so eingestellt, daß sie auf den nomineller
Ruheservostromkreis mit null dB abgestimmt ist, so daß beim normalen Betrieb des Servostromkreises größte
Wenn die sog. Zitterschaltung mit ihrer aktivierten lichtemititerenden Diode 85 und ihrer Photozelle 72
parallel zur Phasenvoreilungsschaltung 31 geschaltet ist verhindert sie wirksam den Anstieg in der Verstär
kungscharakteristik der Phasenvoreilungsschaltung und
vermindert die Gesamtverstärkung des Servostromkreises wesentlich, indem sie direkt parallel zui
Phasenvoreilungsschaltung einen Nebenwiderstand mit geringem Widerstand bildet. Die Phasenvoreilungs
schaltung 31 besteht hier aus einer Reihenschaltung von
zwei Widerständen mit gleichem Wert, von denen der eine der Widerstand 82 und der andere ein Widerstand
84 ist, sowie einem weiteren Widerstand 86 und einem Kondensator 87, die in Reihe geschaltet sind und an
einen Punkt zwischen den zwei Widerständen 82 und 84 an den Leiter 83 angeschlossen sind. Diese Widerstände
und Kondensatoren erzeugen den zuvor beschriebener Anstieg in der Verstärkungscharakteristik. Die Dämpfung durch den Anstieg der Verstärkung wird
verhindert, indem ein Widerstand mit niedrigem Betrag in Form der Photozelle 72 verwendet wird, die in dem
Leiter vom Ausgang des Verstärkers zum Rückkopplungsleiter 88 liegt, der zu der Verbindungsstelle vor
Kondensator 19 und Widerstand 82 führt. Die Wirkung
■to der Photozelle 72 wird im folgenden beschrieben. Dei
niedrige Widerstand der Photozelle 72, den diese hat wenn die lichtemittierende Diode 85 aktiviert ist
verhindert wirksam die Dämpfungscharakteristik dei Phasenvoreilungsschaltung und hebt dadurch die
Phasenvoreilung auf und bewirkt zusätzlich eine zusätzliche Phasenverzögerung, die in Verbindung mit
dem in Serie geschalteten Kondensator 19 wirkt, dei sich dicht am Eingang 59 des Funktionsverstärkers 17
liegt, Diese Aufhebung der Phasenvoreilung und die
Hinzufügung einer stärkeren Phasenverzögerung erzeugt eine Instabilität des Servostromkreises, so da£
dieser nicht mehr ausreichend gedämpft ist. Dadurch wird der Servostromkreis vollständig instabil und gehl
in Schwingungen über. Dies führt dazu, daß dei
r>r) Funktionsverstärker 17 ein oszillierendes Ausgangssignal erzeugt das der Drehspule 47 mit Rückstellkraft
zugeführt wird, was wiederum eine oszillierende Bewegung der Drehspule hervorruft, wodurch eine
entsprechende Bewegung der Zapfen in den Lagern
im bewirkt wird. Somit erfolgt in der Lager-Zapfcn-Grenzfläche eine Schwingung mit der Frequenz, bei der der
Servostromkreis in Resonanz ist. Dies vermindert die Reibung, bei der es sich in der Regel um Haftreibung
handelt, zwischen den Zapfen und den Lagern
<.s wesentlich.
Wenn die Zeitschaltung für die Zitterschaltung das Ende des Steuerzyklus erreicht, wird der Strom in der
lichtemittierenden Diode 85 allmählich vermindert,
wodurch die Lichtabgabe vermindert wird. Dies bewirkt, daß der Widerstand der Photozelle 72
allmählich ansteigt, was wiederum zur Folge hat, daß der Servostromkreis in seinen normalen Betriebszustand
zurückgebracht wird, so daß die Phasenvorei- s lungsschaltung 31 wieder in Aktion tritt und voll
funktionsfähig wird, wodurch die Stabilität des Servostromkreises wieder hergestellt wird. Daher nehmen die
Schwingungen im Servostromkreis allmählich ab, bis der Servostromkreis für den normalen Betrieb ausrei- ι ο
chend gedämpft ist.
Wie bereits erwähnt wurde, ist es erforderlich, die stabilisierende Phasenvoreilung, die im System besteht,
aufzuheben, um den Servostromkreis in Schwingungen zu versetzen. Eine Anzahl verschiedener Möglichkeiten is
kann angewendet werden, um diesen Bereich der Phasenvoreilung des Servosystems zu beseitigen, um zu
erreichen, daß der Servostromkreis instabil wird und in Schwingungen gerät, um auf diese Weise das sog.
Zittern zu erzeugen, das bei der vorliegenden Erfindung so außerordentlich nützlich ist. Wie bereits weiter oben
erläutert wurde, wird dies durch den Kondensator 19 erreicht, der zusätzlich mehrere andere Punktionen hat.
Der Kondensator 19 dient dazu, bei Gleichstrom bzw. Null-Frequenz maximale Verstärkung zu liefern. Er
trennt die Phasenvoreilungsschaltung 31 wirksam, solange niedrige Frequenzen auftreten. Ferner vermeidet
der Kondensator 19 einen Nebenschluß der Phasenvoreilungsschaltung 31, während er gleichzeitig
das Ausmaß der Phasenverzögerung erhöht. Auf diese Weise wird zusätzlich dazu, daß die Phasenvoreilung
aufgehoben wird, die Phasenverzögerung erhöht. Von besonderem Nutzen ist die Verwendung einer Photozelle
parallel zur Phasenvoreilungsschaltung, da dies sowohl zu einer weiteren Phasenverzögerung als auch
zu einer Aufhebung der Phasenvoreilung führt Ohne den Kondensator 19 würde die Photozelle lediglich die
Phasenvoreilung aufheben, jedoch keine Phasenverzögerung hinzufügen.
Es wird jedoch darauf hingeweisen, daß es nicht «o
unbedingt erforderlich ist, daß der Kondensator 19 vorgesehen ist Es ist möglich, daß das Servosystem
auch ohne eine Phasenvoreilungsschaltung in Schwingungen geraten kann. Dies wäre der Fall, wenn der
Servostromkreis mehr als zwei Zeitkonstanten hätte, *5
was zu einer Instabilität des Servostromkreises ohne eine Phasenvoreilungsschaltung führen würde, so daß
der Servostromkreis allein durch Verwendung einer Photozelle in Schwingungen versetzt werden könnte.
Die Verwendung eines Kondensators, wie beispielswei- so
se des Kondensators 19, ist jedoch vorzuziehen, weil der Kondensator den doppelten Vorteil mit sich bringt, daß
er größte Verstärkung bei Gleichstrom liefert und die Fähigkeit hat, eine Phasenverzögerung aufzubauen,
sobald das Zittern begonnen wird.
In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, daß alle Photowiderstände eine sehr begrenzte Bandbreite
haben und dazu neigen, aufgrund ihrer eigenen Phasenverzögerung Servosysteme zum Schwingen zu
bringen. Der Photowiderstand dient als veränderbares Steuerelement. Ein solches veränderbares Steuerelement
kann jedes elektronische Element sein, das über eine Spannung oder einen Strom steuerbar ist; derartige
Elemente umfassen bipolare und Feldeffekt-Transistoren sowie Flächenhalbleiter und Metalloxidhalbleiter. &s
Photowiderstände in Form von Photozellen sind besonders zufriedenstellend, da es sich bei ihnen
praktisch um einen linearen Widerstand handelt, dessen Wert durch die Lichtmenge steuerbar ist. Da eine
Photozelle ein lineares Schaltungselement ist, kann ihr Betrieb sowie ihre Wirkungsweise leicht analysiert
werden, so daß die Photozelle einfach als Teil eines Steuersystems verwendbar ist
Zwischen den Ausgang des Funktionsverstärkers 17 und den Leiter 58 ist ein Kondensator 90 geschaltet, der
dazu dient, den Betrieb des Funktionsverstärkers 17 bei hoher Verstärkung für den Funktionsverstärker 17 zu
stabilisieren.
Zwei Kondensatoren 91 und 92 sind einerseits mit dem Leiter 78 sowie andererseits mit den Leitern 93
bzw. 94 verbunden und dienen dazu, den Funktionsverstärker 17 vor externen Störungen auf den Stromzuführungsleitungen
zu schützen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist der Leiter 94 an —28 V Gleichstrom
angeschlossen, der über den Schalter 79 von einer Spannungsquelle geliefert wird, die durch die Batterie
B 2 realisiert ist. Der Leiter 93 ist über den Schalter 79 an +28V Gleichstrom angeschlossen, der von einer
Spannungsquelle geliefert wird, die durch eine Batterie B1 realisiert ist
Es ist ein Spannungsregler vorgesehen, der den Phototransistoren PTi und PT2 eine geregelte
Spannung zuführen kann. Dieser Spannungsregler besteht aus einem Widerstand 96, der mit einem Ende an
den Leiter 93 angeschlossen ist und dessen anderes Ende mit zwei in Reihe geschalteten Zenerdioden 97
und 98 verbunden ist, die den Phototransistoren PTi und PT2 die Bezugsspannung zuführen. Wie aus F i g. 3
ersichtlich ist, ist die Verbindungsstelle des Widerstandes 96 mit der Zenerdiode 97 über einen Leiter 99 mit
dem Kollektor des Phototransistors PTi verbunden. Das andere Ende der Zenerdiode 97 ist mit der Leitung
78 verbunden, die den Massebezugspunkt sowohl für den Signalausgang als auch die Spannungszufuhren
bildet Das andere Ende der Zenerdiode 98 ist mit einem Ende der in Reihe geschalteten lichtemittierenden
Dioden LEDi und LED 2 verbunden, während das andere Ende der lichtemittierenden Dioden LED 1 und
LED2 mit dem Kollektor eines Stromreglers vom Emitter-Folge-Typ in Form eines Transistors 101
verbunden ist. Der Kollektorstrom des Transistors wird von einem Emitterwiderstand 102 gesteuert, der mit
dem Leiter 94 verbunden ist. Dieser Kollektorstrom ist auch der Strom, der durch die licht^mittierenden
Dioden LEDi und LED 2 fließt. Außer mit den lichtemittierenden Dioden LEDi und LED 2 ist die
andere Seite der Zenerdiode 98 auch mit dem Emitter des Phototransistors PT2 verbunden.
Die Zeitschaltung 22 gibt das Zittersignal während eines vorbestimmten Zeitraumes von beispielsweise 900
Millisekunden auf den Servostromkreis auf. Das Zittersignal wird durch die Zeitschaltung 22 automatisch
beendet, nachdem die vorbestimmte Zeitraum verstrichen ist Wie in F i g. 3 dargestellt ist, kann die
Zeitschaltung 22 in Form eines einfachen ÄC-Ladekreises realisiert sein, der aus einem Kondensator 107
besteht, der so ausgwählt ist, daß er die gewünschte Zeitverzögerung liefert. Ein Ende des Kondensators ist
mit dem Leiter 93 für + 28 V verbunden, während das andere Ende mit der Basis eines Transistors 108
verbunden ist, dessen Emitter mit der Basis eines weiteren Transistors 109 verbunden ist. Der Emitter des
Transistors 109 ist mit einem Ende eines Widerstandes Ul verbunden, und das andere Ende des Widerstandes
111 ist mit einer Seite einer Zenerdiode 112 verbunden,
die an den —28 V Gleichstromleiter angeschlossen ist
Die Kollektoren der zwei Transistoren 108 und 109 sind
miteinander und mit einem Leiter 113 verbunden. Die Transistoren 108 und 109 sind so verbunden, daß sie
einen Darlington-Verstärker bilden.
Der Leiter 113 ist mit der Zitterschaltung 21 verbunden, die eine lichtemittierende Diode 85 umfaßt,
wobei das andere Ende der lichtemittierenden Diode 85 mit dem + 28 V Gleichstromleiter verbunden ist. Ein
Widerstand 121 ist in Reihe mit dem Kondensator 107 geschaltet und an den —28 V Gleichstromleiter 94
angeschlossen. Eine Diode 122 ist mit der Basis des Transistors 108 sowie dem —28 V Gleichstromleiter 94
verbunden und dient dazu, einen Basis-Emitter-Einbruch der Darlington-Transistoren 108 und 109 zu
verhindern. Ein Widerstand 111 dient dazu, der Zenerdiode 112 ausreichenden Strom zuzuführen, die
als Spannungsbezugspunkt für den Stromregler verwendet wird, der durch den Transistor 101 gebildet ist.
Der Widerstand 121 in Reihe mit dem Kondensator
107 bildet den einfachen WC-Ladekreis, der in der Zitterzeitschaltung verwendet wird. Dieser ÄC-Ladekreis
bzw. ÄC-Zeitgeber liefert eine vorbestimmte Zeitverzögerung von beispielsweise 900 Millisekunden,
die für das Aufladen des Kondensators 107 benötigt werden. Während dieser Zeitdauer fließt ein Strom in
der Emitter-Folge-Anordnung der Darlington-Transistoren 108 und 109. Das Aufladen des Kondensators 107
bewirkt, daß die Basisspannung am Darlington-Transistor 108 exponentiell auf die Leiterspannung absinkt.
Währenddessen fließt ein Strom durch die Darlington-
108 und 109, durch den Widerstand 111 und durch die
Zenerdiode 112. Der gleiche Strom fließt auch durch die
lichtemittierende Diode 85.
Das von der lichtemittierenden Diode 85 ausgestrahlte Licht wird von der Photozelle 72, beispielsweise einer
CdS-Photozelle, aufgenommen. Ein Ende der Photozelle
ist mit der Drehspule 13 mit Rückstellkraft verbunden, wogegen das andere Ende mit einem Leiter 88
verbunden ist, der an die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 81 und dem Widerstand 82
angeschlossen ist. Der Betrag des Stromes bzw. die Stärke des Signals, das zu dieser Verbindungsstelle
zurückgeführt wird, ist eine Funktion der Lichtmenge, die der Photozelle von der lichtemittierenden Diode 85
zugeführt wird. Je größer die Lichtmenge ist, desto niedriger ist der Widerstand der Photozelle, so daß ein
stärkeres Signal zum Funktionsverstärker 17 zurückgeführt wird. Dieser Strom fließt über den Kondensator 81
zum Eingang 59 des Funktionsverstärkers und bewirkt, daß der Servostromkreis instabil wird. Diese Instabilität
bewirkt, daß ein oszillierender Strom in der Drehspule 13 fließt, wodurch ein Zittern des bewegbaren Systems
mit einer vorbestimmten Frequenz von beispielsweise 30 Hz vorgerufen wird. Diese Frequenz kann jedoch
auch im Bereich von 10 bis 70 Hz liegen und zu befriedigenden Ergebnissen führen.
Es folgt nun eine ausführlichere Beschreibung der Funktion der Schaltung. Wenn an dem System keine
Spannung anliegt, liegt auch keine Ladung auf dem Kondensator 107. Wenn Spannung anliegt, werden dem
System beispielsweise ±28 V zugeführt. Dadurch beginnt ein Strom von dem +28V Leiter durch den
Kondensator 107 und den Widerstand 121 zu dem —28 V Leiter zu fließen. Während dieser Strom fließt,
wird eine exponentiell ansteigende Spannung am Kondensator 107 erzeugt. Dies wirkt sich auf den
Emitter-Folge-Verstärker in Darlington-Anordnung aus, der durch die Transistoren 108 und 109 gebildet
wird. Diese Spannung steuert einen Strom im Kollektorkreis des Transistors 109, der mit der
lichtemittierenden Diode 85 verbunden ist. Je mehr der
to Kondensator 107 aufgeladen wird, desto weniger Spannung liegt am Emitterwiderstand 111 an, wodurch
der Strom durch die Transistoren 108 und 109 vermindert wird. Das Aufladen des Kondensators 107
dauert bis zu dem Zeitpunkt an, zu dem die Basiiüspannung des Transistors 108 bzw. die Spannung
am Widerstand 121 ungefähr 1V größer als die Spannung der Diode 112 ist. Dadurch wird die
Darlington-Transistoranordnung abgeschaltet, so daß kein Strom mehr durch die lichtemittierende Diode 85
fließt Dies beseitigt das Zittern im Servostromkreis, da zu dem Zeitpunkt, zu dem die Photozelle 72 kein Licht
mehr erhält, diese einen sehr hohen Widerstand hat Der Kondensator 107 wird so lange weiter aufgeladen, bis
die Gesamtspannung zwischen den Leitern 93 und 94 erreicht ist Dies stellt sicher, daß die Transistoren 108
und 109 vollständig abgeschnitten sind und daß die Photozelle 72 ihren größtmöglichen Widerstand behält.
Während der Ladezeit des Kondensators 107 ist der
Strom durch die Photozelle 72 oszillierend, da der
Servostromkreis instabil ist Der Grund dafür ist der, daß das Elment bei niedrigem Widerstand in Reihe mit
dem Kondensator zwischen dem Ausgang des Verstärkers und dem Eingang des Verstärkers geschaltet ist
Dies: bedeutet mit anderen Worten, daß das Servosystern zweiter Ordnung, das an sich stabil ist, instabil
gemacht wird, indem in die Rückkopplungsschaltung eine weitere Zeitkontante eingeführt wird.
Aiuis der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß
durch die Erfindung ein neues und verbessertes elektronisches Abtastverfahren bzw. Meßverfahren
geschaffen worden ist, das von besonderem Nutzen für mechanische Lageranordnungen ist, bei denen es
wesentlich darauf ankommt, die Reibung soweit wie möglich zu vermindern. Der Zitterkreis benötigt nur
eine verhältnismäßig einfache Schaltung, die nur eine verhältnismäßig geringe Anzahl von Komponenten
erfordert, so daß der Zitterkreis bzw. die Zitterschaltung in ihren Abmessungen wesentlich vermindert ist Ein
weiterer Vorteil ist, daß wesentlich verbesserte Ergeibnisse erreicht werden. Die Erfindung kann sowohl
in Verbindung mit fluidgedämpften als auch in Verbindung mit elektrischgedämpften Servosystemen
verwendet werden. System und Verfahren arbeiten nach dem Prinzip, daß die Dämpfung aufgehoben wird und
daß eier Servostromkreis in Schwingungen versetzt wird und daß dann die Dämpfung allmählich wieder auf den
Servostromkreis gegeben wird, um den Servostromkreis in seinen normalen Betriebszustand zurückzuführen.
Das Einführen des Zitterns in die Schaltung und die
Beseitigung des Zitterns können auf einfache Weise gesteuert werden.
Claims (9)
1. Schaltung zur Rückstellung eines drehbar gelagerten Teils, mit einer auf dem Teil befestigten,
innerhalb eines Magnetfeldes angeordneten Rückstellspule, mit einem Abtaster zur Erfassung der
Auslenkung des drehbar gelagerten Teils, und mit einem zwischen den Ausgang des Abtasters und die
Rückstellspule geschalteten Verstärker, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung aus
einem variablen, auf einen niedrigen Wert steuerbaren
Widerstand (—; 72) und einem Kondensator (19), die parallel zum Verstärker (17) geschaltet ist
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der variable Widerstand (72) mittels einer Zeitschaltung steuerbar ist
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der variable Widerstand (72)
derart steuerbar ist, daß der Übergang vom niedrigen auf den hohen Widerstandswert allmählich
erfolgt
4. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem
variablen Widerstand (—; 72) eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen (18; 32, 33; 82, 84) parallel
geschaltet ist
5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß dem variablen Widerstand (—; 72) eine
Reihenschaltung aus zwei Widerständen (32,33; 82, 84) parallel geschaltet ist, deren Verbindungspunkt
über einen weiteren Widerstand (34; 86) und einen Kondensator (36; 87) an Masse geführt ist.
6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der variable Widerstand aus einer
Photozeile (72) besteht, die mittels einer Leuchtdiode (85) steuerbar ist
7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß die Zeitschaltung aus einer mit der
Leuchtdiode (85) in Reihe geschalteten /?C-Schaltung
(121, 107) besteht deren Widerstand (121) kurzschließbar ist (F i g. 3).
8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß parallel zu dem Widerstand (121) der
ÄC-Schaltung eine Diode (122) geschaltet ist
9. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die miteinander in Reihe geschalteten
Widerstände (32,33; 82,84) über den Kondensator (37; 81) zusammen mit dem Abtaster (27; PTi, PT2)
an einen negativen Eingang des Verstärkers (17,28; 61) angeschlossen sind, und daß der positive Eingang
des Verstärkers an Masse angeschlossen ist.
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8328 | Change in the person/name/address of the agent |
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