-
Positionierungssystem Die Erfindung betrifft ein Positionierungssystem.
-
Zum Durchführen von einfachen Arbeitsvorgängen werden in großem Umfang
sogenannte Industrieroboter oder Manipulatoren verwendet. Bei dem in Industrierobotern
oder Manipulatoren verwende-ten Positioniersystem mit einer Punkt zu Punkt-Einstellung
mit einer Hub- oder Arbeitshöhe von einem Meter wird ein Positionier- oder Stellungsfehler
von weniger als + 1mm, eine
Beschleunigung oder Verzögerung von
weniger als O,4g (der Schwerkraft, und eine maximale Geschwindigkeit von Im/sek
(900/set bei einer Drehwelle ) gefordert. In der Praxis ist es jedoch schwierig,
in dem gesamten Arbeitsbereich einen Positionier- oder Stellungsfehler von weniger
als + 1 mm zu erhalten. Insbesondere ist es schwierig, die geforderte Genauigkeit
in der Umfangsrichtung des vorderen Armendes des Roboters oder Manipulators zu erhalten,
wenn der Arm um die Drehwelle oder den -ständer herum gedreht wird, solange der
Arm voll ausgefahren bleibt. Auch hängt dies davon ab, daß, wenn Positionierungssystem
mit demselben Auflösungsvermögen bezüglich der Positionierung verwendet werden,
der minimale auflösbare Abstand in Umfangsrichtung größer wird als der in der Richtung,
in welcher sich der Arm hin- und herbewegt.
-
Wenn beispielsweise der Arm, dessen Hubhöhe etwa ein Meter beträgt,
um 2400 gedreht wird, dann erreicht die Verschiebung des vorderen Armendes 4 bis
6 m bezüglich dessen Umfangsbewegung. Der Positionier- oder Stellungsfehler des
Arms des Industrieroboters oder Manipulators wird auch durch die toten oder neutralen
Zonen oder die Ansprechempfindliühkeiten eines Betätigungsgliedes, eines Servoventils
und eines Servoverstärkers sowie durch die von außen zugeführten Störungen hervorgerufen.
. Um die Wirkung dieser Faktoren auf den Positionier- oder Stellungsfehler auf ein
Minimum herabzusetzen, muß der Verstärkungsfaktor der Vorstufe des Servoventils
erhöht werden. Wenn jedoch der Verstärkungsfaktor in herkömmlichen
Positioniersysterhöht
wird, wird auch die Beschleunigung oder Verzögerung übermäßig erhöht. Die Verstärkung
der Regelschleife in den herkömmlichen Positioniersystemen kann jedoch nicht über
einen bestimmten Wert hinaus erhöht werden, so daß ein höherer Genauigkeitsgrad
nicht erhalten werden kann.
-
Gemäß der Erfindung soll daher ein Positionierungssystem geschaffen
werden, mit welchem die oben erwähnten und weitere, den herkömmlichen Positioniersystemen
anhaftende Fehler überwunden werden können und mit welchem die schnell ablaufende
Positionierung mit einem höheren Genauigkeitsgrad durchgeführt werden kann, selbst
wenn ein Betätigungsglied, ein Servoventil, ein Servoverstärker usw. verwendet werden,
die eine gewisse neutrale bzw. tote Zone oder eine gewisse Ansprechempfindlichkeit
aufweisen.
-
Gemäß der Erfindung weist ein Positionierungssystem eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung
mit einem Verstärker, einem Sättigungselement und einem Integrator auf, die während
des Betriebs in der angegebenen Reihenfolge in der Weise in Reihe geschaltet sind,
daß der Ausgang des Integrators an den Eingang des Verstärkers gegengekoppelt werden
kann; ferner weist das Positionierungssystem eine Beschleunigungs-Steuereinrichtung
mit einem Filternit einer Zeitverzögerung erster oder höherer Ordnung, wobei der
Ausgang der Geschwindigkeitssteuereinrichtung an den Eingang der Beschleunigungs-Steuereinrichtung
angelegt wird, und einen Positionier-Servomechanismus mit einer hohen
Schleifenverstärkung
sowie einem Verstärkungsregler, einem Servoventil und einem Betätigungsglied auf,
welche in der angegebenen Reihenfolge in Reihe geschaltet sind, wobei der Ausgang
der Beschleunigungs-Steuereinrichtung an den Eingang des Positionier-Servomechanismus
angelegt wird. Mit dem Positionierungssystem gemäß der Erfindung kann infolgedessen
die Positionierung oder Einstellung mit einem höheren Genauigkeitsgrad durchgeführt
werden.
-
Die Erfindung schafft also ein Positionierungssystem, bei welchem
die am Eingang zugeführten Befehlssignale zur schrittweisen Positionierung an eine
Geschwindigkeitssteuereinrichtung mit einem Verstärker, einem Sättigungselement
und einem Integrator in der Weise angelegt werden, daß der Ausgang des Integrators
an dem Verstärker gegengekoppelt werden kann, wodurch die Eingangssignale in ein
Signal umgesetzt werden können, welches sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit
ändert.
-
Der Ausgang der Geschwindigkeitssteuereinrichtung wird dann an eine
Beschleunigungs-Steuereinrichtung mit einem Filter mit einer Zeitverzögerung erster
oder höherer Ordnung angelegt, so daß ein sich plötlich ändernder Signalteil in
ein stetig Signal umgesetzt werden kann; der Ausgang der Beschleunigungs-Steuereinrichtung
wird dann an einen Positionier-Servomechanismus mit hoher Verstärkung angelegt,
welcher kein Zeitverzögerungselement für die Beschleunigungssteuerung aufweist,
wodurch die Positionierung mittels des Servomechanismus mit einem höheren Genauigkeitsgrad
erreicht werden kann.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Industrieroboters
oder eines Manipulators; Fig. 2 bis 5 Blockschaltbilder von herkömmlichen Poitionierungssystemen;
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Positionierungssystems gemäß der Erfindung; Fig.
7 Kurven, in welchen die Ausgänge verschiedener Einrichtungen des in Fig. 6 dargestellten
Positionierungssystems dargestellt sind; Fig. 8 ein Blockschaltbild einerweiteren
Ausführungsform gemäß der Erfindung; und Fig. 9 und 10 ins einzelne gehende Blockschaltbilder
bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung.
-
In den Fig. 6 und 8 bzw. in den Fig. 9 und 10 sind die gleichen oder
einander entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
-
Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
werden kurz die herkömmlichen Positionierungssysteme beschrieben, um an diesen im
einzelnen die hierbei auftretenden Schwierigkeiten aufzuzeigen. In Fig. 1 weist
ein Industrieroboter oder Manipulator einen Arm 1, einen Drehständer 2, ein mit
dem Drehständer 2 starr verbundenes Zahnrad 3, ein mit dem Zahnrad 3 kämmendes Antriebsritzel
4, ein mit dem Zahnrad 3 kämmendes Ritzel 5 eines Potentiometers 8, ein Stellglied
6, ein Servoventil 7, den Potentiometer 8, einen Servoverstärker 9, einen Schalter
10 und ein Potentiometer 11 zum Einstellen der Hub- oder Arbeitshöhe des Arms 2
auf.
-
Der erste Faktor, welcher den Positionier- oder Stellungsfehler des
in dem Industrieroboter oder Manipulator der vorbeschriebenen Art verwendeten Positionierungssystems
zur Folge hat, beruht auf dem Spiel zwischen dem Arm 1 und dem Drehständer 2, so
daß, selbst wenn die Winkelstellung des Drehständers 2 mit einem höheren Genauigkeitsgrad
gesteuert wird, das vordere Ende des Arms 1 nicht genau in eine geforderte, richtige
Position gebracht werden kann. Da das Spiel eine Schwierigkeit aufgrund von Fertigungstoleranzen
ist, wird hierauf in der folgenden Beschreibung nicht weiter eingegangen.
-
Der zweite Faktor beruht auf der Ansprechempfindlichkeit des Stellgliedes
6, des Servoventils 7 und des Servoverstärkers 9. Der dritte Faktor beruht auf äußeren
Störungen (wie beispielsweise der Temperaturströmung) an dem Stellglied 6,
dem
Servoventil 7 und dem Servoverstärker 9. Um die durch die zweiten und dritten Faktoren
hervorgerufenen Fehler auf ein Minimum herabzusetzen, muß der Verstärkungsgrad der
Vorstufe der Steuereinrichtung des Positionierungssystems erhöht werden. Wenn jedoch
der Verstärkungsgrad in dem herkömmlichen Positionierungssystem erhöht wird, führt
dies zu einer übermäßig hohen Beschleunigung und Verzögerung.
-
Infolgedessen kann der Verstärkungsgrad des Regelkreises nicht über
einen bestimmten Wert hinaus erhöht werden, so daß die Stellung des Manipulatorarms
nicht mit einem höheren Genauigkeitsgrad gesteuert werden kann.
-
Anhand von Big. 2 werden im folgenden die Gründe beschrieben, warum
die übermäßig hohe Beschleunigung oder Verzögerung auftritt. In Fig. 2 ist ein Potentiometer
12 zum Einstellen eines gesteuerten Wertes, ein Schalter 13, ein Verstärkungsregler
14, ein Sättigungselement 15, ein Stellglied 16 für die maximale Geschwindigkeit,
welches auch als Filter arbeitet, ein Leistungsverstärker 17, ein Servoventil 18,
ein Stell- oder Betätigungsglied sowie eine Last 19 und ein Potentiometer 20 zum
Fühlen der Verschiebung dargestellt. Ferner sind in den folgenden Gleichungen folgende
Bezeichnungen verwendet; die maximale Befehlsspannung Emax, die Ausgangssättigungsspannung
Vmax an dem Verstärkungsregler 14, der maximale Eingangsstrom Imax des Servoventils,
die maximale Strömungsgeschwindigkeit Qmax in dem Servoventil 18, der maximale Hub
Xmax des Stell- oder Betätigungsglieds 19, der Strom wo in einer toten Zone des
Servoventils
18, die Verstärkung k1 des Verstärkungsreglers 14, die Verstärkung k2 des Filters
16, die Verstärkung k3 des Betätigungs- oder Stellglieds 19, und die Zeitkonstante
g erster Ordnung des Filters 16.
-
Wenn die Parameter, welche den in Fig. 2 dargestellten Blockschaltbildern
zugeordnet sind, dimensionsfrei gemacht werden, dann kann das in Fig. 2 dargestellte
Blockschaltbild in die in Fig. 3 dargestellte Form umgewandelt werden, in welcher
dann gilt:
Vorzugsweise wird in diesem Positionier- oder Steuersystem der Verstärkungsgrad
der Vorstufe des Servoventils erhöht, um, wie nachstehend noch beschrieben wird,
den Fehler auf ein Minimum herabzusetzen. Die Abweichung ZE zwischen dem eingestellten
Punkt E/Emax und der gesteuerten veränderlichen oder der Armveränderung X/Xmax ist
gegeben durch 4 = E - X x max max Wenn die Strömung durch das Servoventil null wird,
dann wird die Bewegung des Arms angehalten. Infolgedessen ist die Beziehung zwischen
der Abweichung oder der Positionierabweichung AE und der Ansprechempfindlichkeit
bzw. der toten Zone des Servoventils gegeben durch K1 K1 K2 =e
Infolgedessen
wird: = K1K2 Hieraus ist dann zu ersehen, daß äe größer der Wert K1 K2 ist, d.h.,
äe höher die Verstärkung der Vorstufe des Sperrventils ist, umso größer der Fehler
wird.
-
Als nächst wird die kritische Dämpfungsbedingung zur Stabilisierung
der Verschiebung des Betätigungs-oder Stellglieds beschrieben, ohne daß ein Überschwingen
vorkommt, wenn das schrittweise zugeführte Eingangssignal an das in Fig. 3 dargestellte
Steuer- oder Positionierungssystem angelegt wird.
-
Wenn das nichtlineare Element, wie beispielsweise das Servoventil,
in dem linearen Arbeitsbereich betätigt wird, ist die charakteristische Gleichung
für den Regelkreis gegeben durch K1 K2 K3 1 + S (TS+1) = 0.
-
Durch Umscbreiben dieser Gleichung ergibt sich: S2 + 1 S + K1 K2 K3
= 0.
-
T T Die kritische Dämpfungsbedingung besteht dann darin, daß die
charakteristische Gleichung-eine Wurzel bzw. eine Wurzel zweiten Grades aufweist
(d.h. der Dämpfungskoeffizient ist 1 oder 0). Infolgedessen gilt: 1 . 1 ) 2 = K1
K2 K3 2 T T T hieraus ergibt sich dann: T = 1 4K1 K2 K3 (2).
-
123 Die maximale Beschleunigung Amax während der Anstiegszeit bzw.
der Zunahme erfolgt dann unter der Bedingung, daß das Sättigungselement 15 unmittelbar
gesättigt werden kann, wenn
der Eingang angelegt wird. Das heißt:
wobei v(S) der Ausgang des Sättigungselements ist; das heißt ferner
wobei L 1 fv(S) = v(t) = 1 oder -1 ist.
-
Infolgedessen wird, wenn v(t) = 1 ist,
Die Stellungs- oder Positionierabweichung aufgrund der Ansprechempfindlichkeit bzw.
der toten Zone des Servoventils 7 ist dann gegeben durch X = w (4).
-
Folglich wird die PositionierabweichungtX, wenn die maximale Beschleunigung
Amax ist und der Hub des Stell- oder Betätigungsglieds auf die kritische Dämpfung
anspricht, aus den Gl.
-
(2), (3) und (4) erhalten und ist gegeben durch
Aus Fig. 3 ist zu ersehen, daß der Faktor K2 K3 die maximale Geschwindigkeit Umax
des Stell- oder Betätigungsglieds 19 ist,
so daß sich ergibt: Umax
= K2 K3; (6) Die Sättigungsgeschwindigkeit des Stell- oder Betätigungsglieds 19
soll ÜOmax sein, wenn das Servoventil 18 eine maximale Strömungsgeschwindigkeit
Qmax hat. In diesem Fall gilt dann: K2 UOmax = Umax (7) Durch Einsetzen der Gl.
(6) und (7) in die Gl. (5) ergibt sich UOmax Umax (8) X=4 UOmax . Umax .
-
Amax Aus Gl. (8) ist zu ersehen, daß je höher die maximale Geschwindigkeit
des Betätigungs- oder Stellgliedes 19 und je langsamer die maximale Beschleunigung
während der Anstiegszeit ist, der Fehler des Betätigungs- oder Stellglieds 19 infolge
der Ansprechempfindlichkeit bzw. der toten Zone des Servoventils 18 umso größer
wird.
-
Hieraus ist zu ersehen, daß das in Fig. 2 dargestellte Steuer- bzw.
Positionierungssystem sich nicht für eine Verwendung in Industrierobotern oder Manipulatoren
eignet, deren maximale Geschwindigkeit möglichst schnell sein muß, während die Beschleunigung
während der--Ansfegszeit so niedrig wie möglich sein muß.
-
~Um dem in Fig. 2 dargestellten Steuersystem anhaftende
Schwierigkeiten
zu überwinden, ist ein in Fig. 4 dargestelltes Steuersystem vorgeschlagen worden,
welches im Aufbau dem in Fig. 3 dargestellten Steuersystem mit der Ausnahme entspricht,
daß ein Verstärker 22 zwischen das Filter 16 und das Servoventil 18 geschaltet ist,
und daß ein Tachometer 21 an der Antriebswelle des Betätigungs-oder Stellglieds
19 angebracht ist, wobei der Ausgang des Tachometers 21 an den Eingang des Verstärkers
22 angelegt wird. Auf diese Weise kann eine negative Geschwindigkeitsrückführung
bzw. -Kopplung mit hohem Verstärkungsgrad erhalten werden, so daß die Ansprechempfindlichkeit
des Servoventils 18 entsprechend vermindert werden kann. Das in Fig. 4 dargestellte
Steuersystem kann dann in die in Fig. 5 dargestelXe Form umgewandelt werden. Die
Ansprechempfindlichkeit ' des Servoventils 18 mit der Geschwindigkeits- oder Tachos
meterrückführung bzw. -Kopplung ist dann gegeben durch 3 4 5 wenn daher K3 K4 K5
5 ist,dann wird
Auf diese Weise kann dann die Ansprechempfindlichkeit des Servoventils vermindert
werden.
-
Das in Fig. 4 dargestellte Steuersystem weist jedoch die Nachteile
auf, daß sein Aufbau kompliziert und die Herstellungskosten hoch sind, da es mit
einer Geschwindigkeitsfühleinrichtung, wie einem Tachometerversehen sein muß.
-
Mit der vorliegenden Erfindung werden die oben beschriebenen
und
weitere Schwierigkeiten, welche den herkömmlichen Positionierungssystem en .den,
überwunden und beseitigt.
-
Anhand von Fig. 6 wird eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Ein Block A weist eine Positionierbefehleinstelleinrichtung mit einem Positionier-Einstellpotentiometer
27 und einem Schalter 24 auf; ein Block B weist eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung
mit einem Sättigungselement 25 und einem Integrator 26 auf, dessen Ausgang an den
Eingang des Sättigungselementes 35 gegengekoppelt ist. Ein Block C weist eine Beschleunigungssteuereinrichtung
mit einem Tiefpaßfilter 27 mit einer Zeitverzögerung erster oder höherer Ordnung
auf.
-
Ein Block D weist einen Positionier-Servomechanismus mit einem Verstärkungsregler
23, einem Servoventil 29 und einem Betätigungs- oder Stellglied 30 auf. Der Ausgang
des Betätigungs- oder Stellglieds 30 ist an den eingang des Verstärkungsreglers
28 negativ rückgekoppelt, d.h. gegengekoppelt, so daß der Servomechanismus D eine
hohe Rückkopplungsschleifen-Verstärkung aufweist. Der Servomechanismus D weist kein
Zeitverzögerungselement zur Beschleunigungssteuerung auf, es ist allerdings erforderlich,
daß der Verstärkungsfaktor K1 des Verstärkungsreglers erheblich größer ist als der
Verstärkungsfaktor k1 in dem in Fig. 3 dargestellten Steuer-bzw. Positioniersystem.
-
Anhand von Fig. 7 wird nunmehr die Arbeitsweise der ersten vorbeschriebenen
Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
-
Das Positionier-Befehlssignal a von der Positionierbefehleinstelleinrichtung
A ist eine Einstellspannung, welche durch die ausgezogene Linie a in Fig. 7 dargestellt
ist, und wird an die Geschwindigkeits-Steuereinrichtung B angelegt, so daß das Sättigungselement
25 gesättigt wird, außer wenn ein besonders kleines Eingangssignal angelegt wird.
Infolgedessen nimmt das Ausgangssignal b der Geschwindigkeits-Steuereinrichtung
B konstant zu, wie durch die ausgezogene Linleb in Fig. 7 dargestellt ist. Wenn
das Ausgangssignal b die eingestellte Spannung erreicht, nimmt die Spannungszunahme
des Ausgangssignals b ab und wird null, wenn das Ausgangssignal b die eingestellte
Spannung erreicht. Die maximale Spannungszunahme der Ausgangsspannung oder des Signals
b kann durch eine entsprechende Wahl des Verstärkungsfaktors K6 des Integrators
26 beliebig gewählt werden. Das Ausgangssignal b der Geschwindigkeitssteuereinrichtung
B wird an die Beschleunigungs-Steuereinrichtung C angelegt, so daß die Beschleunigung
mittels des Filters 27 gesteuert werden kann.
-
Da die Beschleunigungs-Steuereinrichtung C außerhalb des Positionier-Servomechanismus
D angeordnet ist, können die Kenndaten des Filters 27 unabhängig von der Stabilität
und anderen Eigenschaften des Servomechanismus D gewählt werden. Das Ausgangssignal
c der Beschleunigungs-Steuereinrichtung C ändert sich gleichmäßig, wie durch die
ausgezogene Kurve c in Fig. 7 dargestellt ist, und wird an
den
Positionier-Servomechanismus D angelegt. Da der-Positionnier-Servomechanismus D
eine hohe Rückkopplungsschleifenverstärkung aufweist, kann sein Ausgangssignal klein
dem Eingangssignal mit einer vernachlässigbaren Zeitverzögerung folgen, wie durch
die gestrichelte Linie d in Fig. 7 angezeigt ist.
-
Anhand von Fig. 8 wird nunmehr eine zweite Ausführungsform der Erfindung
beschrieben. Die zweite Ausführungsform entspricht im Aufbau im wesentlichen der
ersten in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform, außer daß das Filter 27 oder die
Beschleunigungs-Steuereinrichtung zwischen den Schalter 24 und das Sättigungselement
25 geschaltet ist. Die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform entspricht im wesentlichen
der der ersten Ausführungsform.
-
Wenn die Positionierungssysteme gemäß der Erfindung in Industrierobotern
oder Manipulatoren verwendet werden, die zum Gießen von geschmolzenem Metall in
GieBereien benutzt werden, kann das Spritzen des geschmolzenen Metalls infolge der
plötzlichen Inbetriebnahme der Industrieroboter oder der Manipulatoren verhindert
werden, indem eine ausreichend hohe Zeitkonstante für das Filter 27 in der Beschleunigungssteuereinrichtung
C gewählt wird, so daß die Beschleunigung am Anfang in der GröBenordnung von O,4g
(der Schwerkraft) eingestellt ist. Wenn das Positionier- bzw. Steuersystem gemäß
der Erfindung in einem Industrieroboter oder Manipulator zum Befördern eines leichten
Gegenstandes verwendet
wird, kann die Zeitkonstante des Filters
27 erheblich verringert werden, da der Industrieroboter oder der Manipulator die
Arbeit auch in dem Fall gut durchführt, daß die Beschleunigung am Anfang in der
Größenordnung von 1,5 bis 2,0g liegt.
-
Anhand von Fig. 9 wird nachstehend eine praktische Ausführungsform
des Positionier- oder Steuersystems gemäß der Erfindung beschrieben, welches in
einem Industrieroboter oder Manipulator angewendet werden kann, der in einer Aluminium-Druckgußmaschine
zum Gießen von geschmolzenem Metall verwendet ist. Die Positionierbefehl-Einstelleinrichtung
31 weist eine Anzahl Positions-Einstellpotentiometer POT1 bis POUn auf, an welche
eine Spannung VO angelegt wird.
-
Ein Potentiometer PHOTO wird zur Rückkopplung verwendet.
-
Eine Schalteinrichtung 32 weist eine Anzahl analoger Schalter SW1
bis SWn auf, welche jeweils, wie in dem Block SW1 dargestellt ist, Widerstände R1
bis R4, einen Feldeffekt-Tranistor T1, einen Transistor T2 und eine Diode D1 aufweisen.
Die Spannung V1 wird über den Widerstand R2 an den Kollektor des Transistors T2
angelegt, während die Spannung V2 an dessen Emitter angelegt ist. Entsprechend dem
Signal S1 wird dann der Feldeffekttransistor T1 an-oder ausgeschaltet. In ähnlicher
Weise werden die Feldeffekttransistoren in den anderen Schaltern SW2 bis SWn jeweils
entsprechend den Signalen S2 bis Sn an- oder abgeschaltet.
-
Die Schalter SW1 bis SWn können auch Schalter mit mechanischen Kontakten
sein. Ein nicht umkehrbarer Addierer und Begrenzer 33 weist Widerstände R5 bis R6
und einen Operationsverstärker OA1 auf. Ein Integrator 34 weist Widerstände R8 bis
R10, ein Operationsverstärker OA2 und einen Kondensator C1 auf. Ein Sekundärfilter
35 mit einer Zeitverzögerung zweiter Ordnung weist Widerstände R11 und R12, Kondensatoren
C2 und 0 3 sowie einen Operationsverstärker OA3 mit einem Verstärkungsfaktor 1 auf.
Ein nicht umkehrbarer Addierer und ein Servoverstärker 36 weist Widerstände R13
bis R16 sowie einen Operationsverstärker OA4 auf. Das Steuersystem weist ferner
einen Leistungsverstärker 37, ein Servoventil 38, eine Olquelle 39 und eine Last
40 mit einem Stellglied auf. Die Ausgänge der Schalteinrichtung 32, des Integrators
34 und des Sekundärfilters 35 sind mit e, f bzw. g bezeichnet.
-
Im folgenden wird die Arbeitsweise dieser Schaltungsanordnung beschrieben.
-
Die an die Schalter SWn bis SW angelegte Spannung V1beträgt beispielsweise
+15V, während die Emitterspannung V2 -15V beträgt; die an die Potentiometer POT1
bis POUn angelegte Spannung V0 ist so gewählt, daß sie etwas höher als die Spannung
V2 ist und beispielsweise -14V beträgt. Infolgedessen ändern sich die an die Schalter
S bis SIIn angelegten Signale S1 bis 5n von -15V bis OV. Wenn die Potentiometer
P0g1
und POT2 in der Positionierbefehl-Einstelleinrichtung 31 auf Wer-te V01 bzw. V02
eingestellt werden, das den Schalter SW1 angelegte Signal S1 auf OV und die Signale
S2 bis 5n auf die Spannung V2 eingestellt werden, dann ist die maximale Ausgangsspannung
des Rückkopplungspo-tentiometers PODO auf dem Wert V02. Wenn das Signal S2 auf OV
übergeht, während die Signale S1 bis 5n außer dem Signal S2 auf den Wer-t V2 übergehen,
dann ist der nicht umkehrbare Addierer 33 über den Schalter SW2 mit der eingestellten
Spannung V02 des Postions-Einstellpotentiometers POST2 verbunden, so daß der Eingang
e an dem nicht umkehrbaren Addierer und Begrenzer 33 schrittweise von dem Wert V01
auf den Wert V02 übergeht. Der nicht umkehrbare Addierer und Begrenzer 33 nutzt
hierbei die Sättigung des Operationsverstärkers OA1 aus, und sein Eingang wird an
den Integrator 34 angelegt, welcher eine ausreichend hohe Verstärkung aufweist und
die Integration des Ausgangs von dem nicht umkehrbaren Addierer 33 durchführt, wobei
die Spannung durch die mit der Eingangsseite verbundene Widerstände R8 und R9 x
geteilt wird und der Strom den Wert des Widerstands R10 Xdurch bestimmt wird, außer
wenn die Eingangsspannung (V02 - V an dem nicht umkehrbaren Addierer und Begrenzer
33 sehr klein ist.- Der Ausgang f des Integrators 34 wird an den nicht umkehrbaren
Addierer und Begrenzer 33 negativ rückgekoppelt, d.h. gegengekoppelt , und zu dem
Befehlssignal hinzuaddiert, so daß die Integration beendet ist, wenn die Ausgangsspannung
f an dem Integrator 34 den Wert V02 erreicht. Der Ausgang f ändert sich dann, wie
durch die ausgezogene Kurve. b in
Fig. 7 dargestellt ist.
-
Der Ausgang f von dem Integrator 34 wird an den Eingang des Filters
35 mit einer Zeitverzögerung zweiter Ordnung angelegt, so daß sich der Ausgang g
des Filters 35 ändert, wie durch die ausgezogene Kurve c in Fig. 7 dargestellt ist,
und die Spannung V02 erreicht. Der Ausgang g des Filters 35 wird an den Eingang
des eine hohe Verstärkung aufweisenden Servoverstärkers 36 angelegt, welcher das
Eingangssignal in Abhängigkeit von der Abweichung des Eingangssignals gegenüber
der Ausgangsspannung des Rückkopplungspotentiometers PHOTO verstärkt. Der Ausgang
des Servoverstärkers 36 wird dann durch den Leistungsverstärker 37 weiterverstärkt,
mit welchem das Serveventil 38 angesteuert und angetrieben wird, wodurch die Last
40 gleichmäßig' bzw. stetig beinahe ohne eine Zeitverzögerung bezüglich des Eingangssignals
und mit einer sehr kleinen Verschiebung angetrieben wird.
-
Das Rückkopplungspotentiometer POTO ist an der Antriebswelle der Last
40 angebracht, um fortlaufend deren Drehbewegung und Stellung zu fühlen.
-
Der Ausgang des Rückkopplungspotentiometers PHOTO ändert sich, wie
durch die Kurve d in Fig. 7 angezeigt ist. Der Gradient der Kurve d stellt die Geschwindigkeit
der Last 40 dar, während ihr Krümmungsradius die Beschleunigung anzeigt.
-
Hieraus ist zu ersehen, daß die Last 40 ruhig und gleichmäßig aus
der durch die Poitionsbefehl-Spannung Vg bezeichnete
Lage beschleunigt
wird, und nachdem sie die geforderte Geschwindigkeit erreicht hat, welche durch
den Integrationskoeffizienten des Integrators 34 bestimmt wird, wird die Last 40
wieder gleichmäßig verzögert und in der durch die Befehlsspannung V02 bezeichnete
Stellung mit einem höheren Genauigkeitsgrad angehalten. Die Betriebsweise des Steuersystems
entspricht im wesentlichen der des vorbeschriebenen Systems, selbst wenn andere
Positions-Einstellpotentiometer POUf bis POTn gewählt sind und durch die Schalter
SW3 bis SWn verbunden sind.
-
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand der
Fig. 10 beschrieben, in welcher dieselben Bezugszeichen und Buchstaben verwendet
sind, welche die entsprechenden TeiLe in Fig. 10 bezeichnen. Die Schalter SW1 und
SW2 sind Relaisschalter, und statt des nicht umkehrbaren Addierers und Begrenzers
33 ist ein umkehrbarer Addierer und Begrenzer 33 verwendet. Ein Filter 35' weist
einen hohen Verstärkungsfaktor auf und in ihm ist ein Operationsverstärker OA verwendet,
in welchem die Polarität der Ausgangsspannung bezüglich der Polarität der Eingangsspannung
umgekehrt ist.
-
Die Betriebsweise dieser Ausführungsform entspricht im wesentlichen
der der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform.
-
Patentansprüche