DE2620969C2

DE2620969C2 - Digital-Analogwandler bei einem Lagemeßsystem

Info

Publication number: DE2620969C2
Application number: DE2620969A
Authority: DE
Inventors: Robert W. Tuckahoe N.Y. Tripp
Original assignee: Farrand Industries Inc Valhalla Ny Us
Current assignee: Farrand Industries Inc Valhalla Ny Us
Priority date: 1975-05-29
Filing date: 1976-05-12
Publication date: 1984-10-31
Also published as: AU499774B2; US3995267A; IL49676A0; CA1056478A; AU1441976A; IL49676A; SE7606024L; ES448348A1; JPS6148087B2; NO761839L; JPS51147345A; SE411643B; IT1062837B; GB1537693A; BR7603373A; DE2620969A1; FR2312885A1; CH626719A5

Description

und welches einem Umsetzer zugeführt wird, der io in zwei aufeinanderfolgenden Abtastperioden das Feh-

Richtungssignale entsprechend dem Schaltzustand des Fehlersignals und einen Lagemimpuls erzeugt, wenn in zwei aufeinanderfolgenden Abtastperioden das Fehlersignal seinen Schaltzustand nicht ändert, die Richtungssignale und der Lageimpuls einem Impulsunterdrückungsschaltkreis zugeführt werden, der Taktimpulse eines Taktgebers einem ersten und einem zweiten Zähler zuführt und bei Auftreten eines Lageircpulses und des ersten Richtungssignals lersignal seinen Schaltzustand nicht ändert, die Richtungssignale und der Lageimpuls einen Impulsunterdrückungsschaltkreis zugeführt werden, der Taktimpulsc eines Taktgebers einem ersten und einem zweiten Zähler zuführt und bei Auftreten eines Lageimpulses und des ersten Richlungssignals mindestens einen Taktimpuls beim ersten Zähler und bei Auftreten eines Lageimpulses und des zweiten Richtungssignals mindestens einen Taktimpuls beim zweiten Zähler unter-

mindestens einen Taktimpuls beim ersten Zähler 20 drückt und die zyklisch ausgegebenen Zählerausgänge und bei Auftreten eines Lageimpulses und des zwei- über eine logische Verknüpfungsschaltung als analoges

— · · " Lagesignal dem Lagemeßumformer zugeführt werden.

Ein Digital-Analogwandler bei einem Lagemeßsystem ist beispielsweise in der US-PS 36 86 487 beschrieben. Bei dem dort gezeigten digitalen Sinus-Cosinusgenerator werden Taktimpulse eines Taktgebers einem ersten und einem zweiten Zähler zugeführt. Dem Generator wird ein digitales Eingangssignal von η Bits zugeführt, welches einem Fehlersignal entspricht, das von

ten Richtungssignals mindestens einen Taktimpuls
beim zweiten Zähler unterdrückt und die zyklisch
ausgegebenen Zählerausgänge über .eine logische
Verknüpfungsschaltung als analoges Lagesignal 25
dem Lagemeßumformer zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem
Wechsel der Richtungssignale der Umsetzer (100)
ein Signal erzeugt, welches dem ersten Zähler (400)
unmittelbar zugeführt wird, und der erste Zähler 30 einem Umformer erzeugt wird und repräsentativ ist für (400) eine Verzögerungsschaltung (404, 406, 408, eine Änderung der Relativlagen der beiden Teile des 410, 412, 414) beinhaltet, die oei Auftreten dieses Lagemcßumformers. In Abhängigkeit dieses Eingangs-Signals die Impulsbreite des Taktimpulses bei die- signals wird eine Zähldiffcrenz zwischen den beiden sem Zähler(400) verbreitert. Zählern erzeugt, so daß zwischen den Ausgängen der

2. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 1 unter π beiden Zähler eine relative Phasenverschiebung Verwendung eines von den Taktimpulsen gctaktc- herrscht. Die relativ zueinander phasenverschobenen

Zählerausgänge werden sodann logisch miteinander verknüpft zur Bildung eines analogen Lagesignals, das dem Lagemeßumformer zugeführt wird.

Bei diesem Wandler weisen der erste und der zweite Zahler einen Zählbereich von N auf, so daß für ein digitales Eingangssignal von η Bits das analoge Lagesignal eine Grundfrequenzkomponente aufweist, deren Am-

ten Referenzzählers (300), dessen Ausgangssignalc die Abtastperiode des Fehlersignals bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wechsel der Richtungssignale die Frequenz der Ausgangssignalc des Referenzzählers (300) vermindert wird.

3. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das dem ersten Zähler (400) unmittelbar zugeführte Signal vom Umsetzer pliludc proportional einer trigonometrischen Funktion

(100) erzeugt wird, wenn nach einem Wechsel der v> (/. B. Sinus oder Cosinus) eines Winkels θ ist, wobei Richtungssignale das erste Richtungssignal auftritt. θ = (n/N) -360" ist.

4. Digital-Analog-Wandler nach einem der An- Der zuvor erwähnte Wandler wird dazu verwendet, Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am

Eingang des Umsetzers (100) eine Überslcuerungsschaltung (61,64) vorgesehen ist, die bei Überschrei- ■> <> ten eines Signalpegels des Fehlersignals anspricht und die Anzahl der bei einem Lageimpuls auftretenden Richtungssignale erhöht und dabei der Impulsunterdrückungsschaltkreis (200) pro Lageimpuls mehr als einen Taktimpuls unterdrückt. v>

5. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch I oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zähler (400) einen Multivibrator (404) aufweist, der von den Taktimpulsen angesteuert wird und dessen Ausgang den periodischen Meßzyklus eines Lagemeßumformers in N Teile zu unterteilen. Beträgt beispielsweise der Meßzyklus des Umformers 5,08 mm, und der erste und zweite Zähler weisen jeweils einen Zählbereich von N = 2000 auf, dann wird der Meßzyklus von 5,08 mm unterteilt in 2000 Teile, d. h. jedes digitale Bit entspricht einem Meßbereich von 2,45 · IO-^Jmm.

Bei einem derartigen Lagemcßsystcm wird das Fehlcrsignal auf zwei Arten verarbeitet. Gemäß einer ersten Art wird das Fehlersignal dahingehend überprüft, welchen von zwei Schaltzuständen es entsprechend der Richtung, in der die beiden Umformerhälften zueinan-

mit dem Ausgang dieses Zählers (400) verbunden mi der zu bewegen sind, aufweist bzw. ob entsprechend

() dik fh i di Shld d Fhlil lih Nll

wird, wenn das vom Umsetzer (100) direkt zugeführte Signal auftritt, wobei gleichzeitig die Taktimpulsc vom Ausgang dieses Zahlers (400) abgetrennt wer

einem dritten Schaltzustand das Fehlersignal gleich Null ist. Weist das Fehlcrsignal diesen dritten Schaltzustand auf. weiden im System keine Korrekturen durchgeführt, el. h. die Zühklifieren/. bei den beiden Zählern wird nicht verändert. Durch diesen dritten .Schaltzustand wird eine Stabilisierung des Wandlers erreicht, wenn das Fehlcrsignal /wischen seinen beiden richlungsabhängigcn Zustünden wechselt, d. h. Schwingungen des Systems kön-

ien durch diesen dritten Schaltzustand des Fchlersignals vermieden werden.

Hierbei ist jedoch beachtlich, daß die Stabilisation eine Funktion des Gesamtverstärkungsgrades des Systems ist 1st beispielsweise der Verstärkungsfaktor des Systems sehr groß, dann wird der Bereich, in welchem das Fehlersignal seinen Nullzustand aufweist, relativ unbedeutend, so daß praktisch die Wirkung wie bei einem Fehlersignal erhalten wird, welches zwischen zwei richlungsabhängigen Zuständen wechselt Ist jedoch der Verstärkungsfaktor des Systems gering, dann wird der Bereich, bei welchem das Fehlersignal den Nullzustand aufweist, relativ breit was zu einer Verminderung der Meßgenauigkeit und der Ansprechempfindlichkeit führt

In der DE-OS 22 05 364 ist eine zweite Art der Verarbeitung des Fehlersignals beschrieben. Das analoge Fehlersignal weist hierbei nur zwei Schaltzustände auf entsprechend der Richtung, in der die beiden Umforruerhälftei! zueinander zu bewegen sind. Dieses Fehlersignal wird einem Umsetzer zugeführt, der Ricb'ungssignale entsprechend dem Schaltzustand des Fehlersignals und einen Lageimpuls erzeugt, wenn in zwei aufeinanderfolgenden Abtastperioden das Fehlersignal seinen Schaltzustand nicht ändert. Die Richtungssignale und der Lageimpuls werden einem Impulsunterdrükkungsschaltkreis zugeführt Über diesen Impulsunterdrückungsschaltkreis werden Taktimpulse des Taktgebers dem ersten und dem zweiten Zähler zugeführt. Bei Auftreten eines Lageimpulses und des ersten Richtungssignals wird ein Taktimpuls beim ersten Zähler unterdrückt Beim Auftreten eines Lageimpulses und des zweiten Richtungssignals wird ein Taktimpuls beim zweiten Zähler unterdrückt. Hierbei sind Schwingungen im System unvermeidlich, wenn das Fehlersignal zwischen seinen richtungsabhängigen Schaltzuständen wechselt.

Es besteht die Aufgabe, den Digital-Analogumsetzcr der eingangs genannten Art so auszubilden, daß, wenn das Fehlersignal zwischen seinen beiden richtungsabhängigen Schaltzuständen wechselt, hierbei keine Schwingungen auftreten und das Lagemeßsystem eine hohe Meßempfindlichkeit aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorte.ihafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Der Wandler erhält alsc ein digitales Fehlcrsignal, welches zwei richtungsabhängige Schaltzustände aufweist und erzeugt in Abhängigkeit dieses Signals ein impulsbreitenmoduliertes analoges Lagesignal. Die Breite des ai-alogen Lagesignals wird normalerweise für jeden Lageimpuls um eine Bitperiode des Taktsignals verändert Aufgrund der vorbestimmten Verzögerung, welche beim ersten Zähler eingeführt ist, werden die Ausgangssignale von diesem Zähler in Abhängigkeit vom richtungsabhängigen Schaltzustand des Fehlersignals entweder zeitlich verändert, d. h. gegenüber einer Bitperiode gedehnt (1,3 Bits in dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel), oder es tritt keine Veränderung dieser Ausgangssignale ein. Wenn das dem Lagemeßumformer zugeführte analoge Lagesignal der Iststellung der Umformerhälften entspricht, d. h. wenn das Fehlersignal null ist und dabei sein richtungsabhängiger Schaltzustand wechselt, dann bewirkt der verzögerte Ausgang des ersten Zählers eine Änderung der Impulsbreiten des analogen Lagesignals von mehr als einem Bit anstelle eines Bits ohne Verzögerung. Diese relative Änderung des Wandlcrausgangs bei einer richtungsabhängigen Zustandsänderung des Fehlersignals bewirk:, daß das Lagemeßsystem arbeitet, als wenn eine Totzone (von 0,3 Bit beispielsweise) zwischen den beiden richtungsabhängigen Schaltzuständen des Fehlersignals vorhanden wäre. Auf diese Weise wird also ein Fehlersignal mit drei Schaltzuständen simuliert zum Zwecke der Verbesserung der Systemstabilität jedoch wird in Wirklichkeit mil einem Fehlersignal mit zwei Schahzuständen gearbeitet, so daß die Meßempfindlichkeit im Bereich der Änderung des Schaltzustandes des Fehlersignals nicht beeinträchtigt wird.

Der Wandler umfaßt weiterhin einen Schaltkreis zur Verminderung der Frequenz mit welcher das Fehlersignal abgetastet wird, wenn sich das Fehlersignal in einer ir> Ubergangsphase zwischen seinen beiden richtungsabhängigen Zuständen befindet Dieses Merkmai verbessert ebenfalls die Zuverlässigkeit und Stabilität des Lagemeßsystems.

Die Erfindung wird nachfolgend bei einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung;.·;: erläutert Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm des Ausführungsbeispiels, F i g. 2 ein Schaltbild des Eingangsschaltkreises beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1,

Fig.3 ein Schaltbild des Impulsunterdrückungsschaltkreises nach F i g. 1,

F i g. 4 ein Schaltbild der Zähler nach F i g. 1 und Fig.5 ein Schaltbild der logischen Verknüpfungsschaltung dieses Ausführungsbeispiels, so Fig. 1 zeigt ein Lagemeßsystem mit einem Analog-Digital-Wandler. Das System umfaßt einen Lagemeßumformer 50 mit zwei zueinander relativ beweglichen Teilen 51 und 52. Der Wandler speist über die Leitungen 54a. b und 56a. b den Umformerteil 51 mit Analogsigna-J5 len, welche beide Grundfrequenzkomponenten von 4 kHz aufweisen mit einer Amplitude, jeweils proportional dem Sinus und dem Cosinus eines Sollwinkels Θ. Dieser Sollwinkel θ ist repräsentativ für eine spezielle relative Stellung der beiden Teile 5! und 52 zueinander innerhalb eines Meßzyklus des Umformers 50, wobei dieser Meßzyklus beispielsweise 5,08 mm beträgt. Weicht die Iststellung der Umformerteile 51 und 52 von diesem Sollwinkel θ ab, dann wird ein Fehlersignal erzeugt, welches an der Leitung 58 auftritt. Die Phaso des Fehlersignals zeigt an, in welcher Richtung eine Stellungskorrektur vorgenommen werden muß (beispielsweise aufwärts oder abwärts).

Das Fehlersignal geht durch ein 4 kHz-Filter 60 hindurch und wird den Verstärkerstufen 61 und 62 zuge-■30 führt. Der Ausgang der Verstärkerstufe 61 nimmt einen vorbestimmten Wert ein, sobald die Iststellung des Umformers um einen gegebenen Wert vom Sollwinkel θ abweicht (wenn beispielsweise das Fehlersignal gleich zwei Fünftel seiner maximal möglichen Amplitude iüt). Der Ausgang der Verstärkerstufe 61 ist über eine Leitung 63 mit dem Eingang des Umsetzers 100 verbunden. Der Ausgang der zweiten Verstärkerstufe 62 ist über eine Leitung 64 mit .inem anderen Eingang des Umsetzers 100 verbunden. Dieser Ausgang zeigt an, ob das b<> Fehlersignal sich in seinem Aufwärts-Zustand oder Abwärts-Zustand befindet, d. h. in einer der ixiden möglichen Richtungen, in welcher die Stellungskorrektur vorgenommen werden muß.

Die Funktion des Umsetzers 100 besteht darin, das ΠΙ verstärkte Fehlersignal der Leitung 64 abzutasten und einen digitalen Lugeimpuls für die Leitung 150 zu erzeugen, wenn das Fehlersignal im selben Zustand (aufwärts oder abwärts) für zwei aufeinanderfolgende Abtastpe-

rioden bleibt. Der Umsetzer 100 erzeugt weilcrhin Richtungssignale für die Leitungen 151 und 152 für die Anzeige der Richtung der erforderlichen Stellungskorrektur. Wenn das Ausgangssignal der ersten Verstiirkcrstufe 61 auf dem vorbestimmten Wert bleibt, der anzeigt, daß das Fehiersignal relativ groß ist, dann wird eine Übersteuerung vorgenommen, wobei dann der Umsetzer 100 eine Anzahl von Lagemimpulsen anstelle von nur einem Impuls erzeugt, so daß hierdurch die Stellungskorrektur beschleunigt wird.

Die Lageimpulse der Leitung ISO und die Richtungssignale in den Leitungen ISl und 1S2 werden einem Impulsunterdrückungsschaltkreis 200 zugeführt, der weiterhin gespeist wird mit digitalen Taktimpulsen von 4 MHz vom Taktgeber 201. Diese Impulsunlcrdrükkungsschaltung 200 bewirkt ein Zuführen von Taktinipulsen über die Leitung 250 zum Refcrcnzziihlcr 300, wobei ein Taktimpuls unterdrückt wird bei Auftreten eines Lageimpulses. Der Schaltkreis 200 führt weiterhin Taktimpulse dem ersten und zweiten Zähler 400 und 500 zu. Ein Taktimpuls wird unterdrückt bei dem über die Leitung 252 dem ersten Zähler 400 zugeführtc Impulszug, wenn ein Lageimpuls im ersten Schaltzustand (aufwärts) auftritt. Ein Taktimpuls wird in dem dem zweiten Zähler 500 zugeführten Impulszug unterdrückt, wenn ein Lageimpuls im zweiten Schaltzustand (abwärts) auftritt.

Die drei Zähler 300, 400 und 500 haben jeweils einen zyklischen Zählbe, -ich. Wenn sie mit ihren entsprechenden Impulszügen von der Impulsuntcrdrüekungsschaltung gespeist werden, dann weisen die Ausgänge des ersten und zweiten Zählers 400 und 500 eine relative Phasenverschiebung der Rechteckkurvenformen um einen Betrag auf, der proportional der digitalen Zähldifferenz zwischen den Zählerinhalten ist. Das Ausgangssignai des Rcfcrcnzzählcri 3GG in der Leitung 350 ist ebenfalls eine Rechteckkurve, deren Phase in der Mitte zwischen den Phasen des ersten und zweiten Zählerausgangs liegt. Die Anstiegsflanke des Signals der Leitung 350 wird im Umsetzer 100 dazu verwendet, das Fehlersignai abzutasten.

Der erste Zähler 400 beinhaltet eine nachfolgend zu beschreibende Schaltung, die eine Verzögerung bewirkt von 325 ns (gleich dem Ufachen eines 250 ns Bits bei einer Taktfolge von 4 MHz) der Ausgangssignalc vom ersten Zähler 400, wenn das Fehlersignal vom Aufwärtszustand in den Abwärtszustand schaltet, was über das Signal angezeigt wird, welches vom Umsetzer 100 über die Leitung 110 dem ersten Zähler 400 zugeführt wird. Die Verzögerung oder Verschiebung im Ausgang des ersten Zählers 100 verändert die analogen Ausgangssignale zur Veränderung des Sollwinkels θ um einen bestimmten Betrag, wodurch eine Arbeitsweise mit einem Fehlersignal mit drei Schaltzuständen simuliert wird.

Die Ausgänge der Endstufen des ersten und zweiten Zählers 400 und 500 werden über Leitungen 450 und 550 verbunden mit einer logischen Verknüpfungsschaltung 600. wie sie beispielsweise in der vorerwähnten US-PS 36 86 487 beschrieben ist. Diese logische Verknüpfungsschaltung 600 erzeugt analoge Lagesignale für die Leitungen 54a, 54ft und 56a. 566. wobei es sich um Rechtecksignale handelt, die impulsbreitenmoduliert sind, und welche jeweils eine Grundfrequenzkomponente umfassen, deren Amplitude proportional einer trigonometrischen Funktion des digitalen Eingangs des Wandlers ist, beispielsweise der Sinus und Cosinus des Sollwinkels Θ. Die analogen Lagesignale werden dem Umformer zugeführt, der in Abhängigkeit davon über das Filter und die Verstärker 61 und 62 dem Umsetzer 100 das Fehlcrsignal zuführt, so daß sich ein geschlossener Meßkreis ergibt.

Dur Wandler kann bei Lagemessungen, Lagean/.ei-ί gen oder Lagcstciicrungen verwendet werden bei Verwendung geeigneter Stellglieder oder Anzeigemittel, wie dies in der vorerwähnten US-PS 36 86 487 beschrieben ist.

Bei dein in I⁷ i >,'. 1 gezeigten Lagemeßsystem ist ein in Anzcigcschaltkreis 701 und eine Anzeigevorrichtung 702 über die Leitungen 217 und 219 mit dem Impulsunterdrückungsschaltkreis 200 verbunden. Der Ableseschaltkrcis 701 besteht im wesentlichen aus einem Aufwärts-Abwärls-Zähler, dessen Ausgang verbunden ist Ii mit einer Sichtanzeige 702. Die Eingänge von den Leitungen 217 und 219 steuern die Aufwärts- und Abwärtsziihlung des Zählers und der zugeordneten Lageanzeigenvorrichtung.

Fig. 2 zeigt den Umsetzer 100 der Fig. 1. Der Fehin lersignalausgang des Verstärkers 62 ist über die Leitung 64 verbunden mit dem D Eingang des Flip-Flops 111. Der Übcrstcucrungs-Aiisgang der Verstärkerstufe 61 ist über die Leitung 63 mit dem D Eingang eines anderen Flip-Flops 112 verbunden. Die Takteingänge der Flip-Flops 111 und 112 sind mit der 4 kHZ-Leitung 350 verbunden. Es handelt sich hierbei um Rechteckimpulse, die vom fteferenzzählcr 300 erzeugt werden. Der Q Ausgang des Flip- Flops 111 ist mit dem D Eingang eines Flip-Flops 113 verbunden, dessen Takteingang ebenfalls jo an der Leitung 350 liegt. Der Q Ausgang des Flip-Flops 111 und ebenso der Ό Ausgang des Flip-Flops 113 sind an ein Exklusiv-ODER-Gatter 114 angeschlossen. Das Flip-Flop 111 tastet den Zustand des Fehlersignals in der Leitung 64 für jeden Impuls in der Leitung 350 ab. r. leder Impuls in der Leitung 350 schiebt den Inhalt des Flip-Flop·; 11! ir. das Füp-Fiop !13. Der Ausgang des Gatters 114 an der Leitung 150 ist deshalb ein digitaler Lageimpuls, der anzeigt, daß das Fehlersignal der Leitung 64 für zwei aufeinanderfolgende Abtast-Impulse der Leitung 350 die gleiche Richtung aufweist.

Der (? Ausgang des Flip-Flops 112 ist verbunden mit einem Eingang des UND-Gatters 117. Der andere Eingang des Gatters 117 ist über die Leitung 315 mit einem 4 kHz-Rcchlccksignal des Refercnzzählers 300 verbunden. Ein anderes UND-Gatter 118 ist mit einem Eingang angeschlossen an die Leitung 350, welche Referenzimpulse mit 400 kHz liefert und mit dem anderen Eingang verbunden mit der Leitung 315. Die Ausgänge der UND-Gatter 117 und 118 sind angeschlossen an die so Eingänge eines NOR-Gatters 119, dessen Ausgang zu den Eingängen der NOR-Gatter 115 und 116 führt. Der andere Eingang des NOR-Gatters 115 ist verbunden mit dem Ό Ausgang des Flip-Flops 113. Am Ausgang des NOR-Gatters 115 treten digitale Signale auf, sobald das Fehlersignal, wie es vom letzten Referenzimpuls der Leitung 350 abgetastet wurde, einen Aufwärtszustand aufweist. Am Ausgang des NOR-Gatters 116 tritt ein Digital-Impuls auf, wenn das vorhergehende abgetastete Fehlersignal sich im Abwärtszustand befindet. Das bo Auftreten eines Übersteuerungszustands bewirkt, daß der Ausgang des Flip-Flops 112 ein 400 kHz-Signal durch die Gatter 117 und 119 zum Eingang der NOR-Gatter 115 und 116 durchläßt. Hierbei wird die effektive Anzahl der Zähierschrittschahimpulse um !00 multipliziert, wie nachfolgend noch beschrieben wird. Ein Impuls des 400 kHz-Signals der Leitung 315 geht während jeder Abtastperiode durch die NOR-Gattern 115 und 116 hindurch.

Fig. 3 zeigt die Impulsunicrdrückungsschaltung 200 und den 4 MHz-Digitaliaktgeber 201. Der Lageimpulsausgang des Umsetzers 100 der Leitung 150 ist verbunden mit den D Eingängen der Flip-Fiops 212 und 214. Der Takteingang des Flip-Flops 212 ist über die Leitung 151 verbunden mit dem Aufwärtszusiands-Signal. und der Τύί-ieingang des Flip-Flops 214 erhiilt über die Leitung 152 das Abwärts-Zustandssignal zugeführt. Die Q Ausgänge der Flip-Flops 212 und 214 sind je mit einem D Eingang der Flip-Flops 216 und 218 veibunden. Die Takteingänge der Flip-Flops 216 und 218 sind angeschlossen an den Ausgang des 4 MHz-Taktgebers 201, dessen Ausgang weiterhin verbunden ist mit jeweils einem Eingang der NOR-Gatter 220, 224 und 240. Die Q Ausgänge der Flip-Flops 216 und 218 sind über die Leitungen 217 und 219 mit den Voreinstcllcingängcn der Flip-Flops 212 und 214 verbunden. Die Signale in den Leitungen 217 und 219 wciuen weiieruin üuerrriiüoii an die Anzeigelogik 701 und die Anzeige 702 zur Steuerung der Vergrößerung cder der Verminderung der an- 2» gezeigten Werte.

Der φ Ausgang des Flip-Flops 216 ist mit dem anderen Eingang des NOR-Gattcrs 220 verbunden und weiterhin mit einem Eingang des NOR-Gattcrs 222. Der Ό Ausgang des Flip-Flops 218 liegt an den jeweils anderen 2"> Eingängen der NOR-Gatter 222 und 224. Infolge dieser Schaltkreisanordnung erzeugt der Ausgang des NOR-Gatters 220 in der Leitung 252 ein 4 MHz-Taktsignal, bei welchem ein impuls unterdrückt ist, sobald ein Lageimpurs der Leitung 150 in einem Aufwärtszustand auf- to tritt. In entsprechender Weise werden Taktimpulsc am Ausgang des NOR-Gatters 224 in der Leitung 256 erzeugt, wobei jeweils ein Impuls unterdrückt ist. wenn ein Lageimpuls in der Leitung 150 auftritt und das Fehlersignal sich im Abwärtszustand befindet.

Der Ausgang des NOR-Gattcrs 222 ist mit dem Takteingang eines Teilungszählcrs 230 mit einem Tciltingsverhältnis von 2 verbunden. Der Q,\ Ausgang des Zählers 230 liegt am Takteingang eines Flip-Flops 232. dessen D Eingang mit Masse verbunden ist. Der Q Ausgang -to des Flip-Flops 232 liegt am D Eingang eines anderen Flip-Flops 234, welches mit den 4 MHz-Taktsignalen der Leitung 202 getaktet wird. Der Q Ausgang des Flip-Flops 234 ist rückgeführt zum Rückstelleingang des Flip-Flops 232. Der ~Q Ausgang des Flip-Flops 234 ist verbunden mit dem zweiten Eingang des NOR-Gatlers 240. Die Anordnung des Zählers 230 und der Flip-Flops 232 und 234 ermöglicht das Auftreten von standardisierten, synchronisierten Taktimpulsen an der Leitung 250 des Ausgangs des Gatters 240, wobei jeweils ein Takt- so impuls unterdrückt wird für jeden zweiten Lagcimpuls, der in der Leitung 150 auftritt.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird der Rcferenzzähler 300 kontinuierlich durch 4 MHz-Taktimpulse weitergeschaltet, wobei jeweils ein Impuls unterdrückt wird bei Auftreten jedes zweiten Lageimpulses, während der erste und zweite Zähler 400 und 500 durch die 4 MHz-Taktimpulse kontinuierlich weitergeschaltet werden, wobei jeweils ein Impuls am Eingang des ersten Zählers unterdrückt wird, wenn der Lageimpuls bei ei- W) nem Aufwärts-Zustand erzeugt wird, während ein Impuls am Eingang des zweiten Zählers unterdrückt wird, wenn ein Lageimpuls auftritt bei einem Abwärtszustand. Die beiden Zählerausgangssignale der Leitungen 450 und 550 weisen relativ zueinander eine Phasenver-Schiebung auf in Abhängigkeit einer Funktion der Zahl und Richtung der erzeugten Lageimpulse. Da am Eingang des Referenzzählers 300 ein Impuls für jeweils zwei l.agciiiipulsc unterdrückt wird, befindet sich die Phase des Refcren/zählerausgangs der Leitung 350 zwischen denjenigen der Ausgänge des ersten und zweiten Zählers, so daß ein Phasenschrill /wischen den Zählerausgängcn eliminiert ist und eine relativ hohe Taktfrequenz für eine hohe Nachführgeschwindigkeit beibehalten werden kann. Da die drei Zähler jeweils aufwärts zählen, ist es nicht erforderlich. Aufwärts-Abwärts-Zählcr zu verwenden, wodurch die Schaltkreise vereinfacht werden.

Die Fig.4 zeigt die drei Grundzähler des Systems, nämlich den Rcferenzzählcr 300, den ersten Zähler 400 und den /weiten Zähler 500. Das Signal der Leitung 250 wird zugeführt dem Eingang des Teilungszählers 310. der ein Teilungsverhältnis von 10 aufweist (Typenbezeichnung SN 74192), dessen CVAusgang mit dem Taklcingang des Teilungszählers 320 mit einem Teiliingsverhäitnis von !00 (beispielsweise 2SN 7416! in Kaskadenschaltung) verbunden ist. Ein 400 kHz-Signal wird über die Leitung 315 vom Zähler 310 abgegriffen und dem Umsetzer 100, wie in F i g. 2 beschrieben, zugeführt.

Der Rcfcrenzzähler 300 weist weiterhin ein Flip-Flop 330 auf, dessen D Eingang und dessen Vor-Einstelleingang verbunden sind mit der den Stellungsimpuls führenden Leitung 150. Der T) Ausgang des Flip-Flops 330 ist mit dem Rückstelleingang eines anderen Flip-Flops 340 verbunden, dessen (? Ausgang zurückgeführt ist zu dem eigenen D Eingang und weiterhin verbunden ist mit einem Eingang eines NOR-Gatters 345. Der End-Ausgang des 100-Teilungszählers320 ist verbunden mit dem anderen Eingang des NOR-Gatters 345 und mit dem Takteingang des Flip-Flops 340. Der Ausgang des NOR-Gatters 345 der Leitung 350 ist zurückgeführt zum Takteingang des Flip-Flops 330 und wird gleichzeiiio dein Umsetzer 100 als Bezu^übtastsi^nel vermittelt:

Die Schaltungsanordnung der Flip-Flops 330 und 340 und des Gatters 345 dienen zur Erzeugung eines 4 kHz-Referenzsignals in der Leitung 350, sobald das Fehlersignal seinen Aufwärts- oder Abwärtszustand beibehält. Wenn jedoch das Fehlersignal seinen richtungsabhängigen Zustand wechselt, dann wird der Ausgang der Zählcrstufe 330 durch das Flip-Flop 340 mit dem Faktor 2 geteilt, ergibt also ein 2 kHz-Referenzsignal in der Leitung 350 für die Abtastung des Fehlersignals. Diese Verminderung der Abtastgeschwindigkeit wird beibehalten, bis das abgetastete Fehlersignal für zwei aufeinanderfolgende Abtastungen den gleichen richtungsabhängigen Aufwärts- oder Abwärtszustand beibehalten hat. Di» geringere Abtastgeschwindigkeit bei einem Fehlersignal im Schaltzustandswechsel verbessert die Stabilität und Zuverlässigkeit des Lagemeßsystems wesentlich.

Beim ersten Zähler 400 wird das Signal der Leitung 252 dem Takteingang eines Teilungszählers 402 mit einem Teilerverhältnis 5 (wie beispielsweise ein SN 74196 Schaltkreis) zugeführt, dessen Qo Ausgang mit dem A Eingang eines Multivibrators 404 (Typ SN 74 123) und einem Eingang eines UND-Gatters 412 verbunden. Der Multivibrator 404 weist eine Widerstands-Kondensator-Kombination 406 auf, so daß jeweils, wenn der A Eingang hoch liegt, der Q Ausgang des Multivibrators für 325 ns hoch bleibt, wobei diese Zeitdauer das ^fache der 250 ns Periode der 4 MHz-Takte ist. Der Q Ausgang des Multivibrators 404 ist mit dem Takteingang eines Flip-Flops 408 und mit einem Eingang eines UND-Gatters 410 verbunden. Der D Eingang des Flip-Flops 408 ist über die Leitung 110 mit dem ~Q Ausgang des

Flip-Flops 111 des Umsetzers nach Fig. 2 verbunden. Der Q Ausgang des Flip-Flops 408 liegt am anderen Eingang des Gatters 410 und der Ό Ausgang des Flip-Flops 408 wird dem zweiten Eingang des Galters 412 zugeführt. Jeder Ausgang der UND-Gatter 410 und 412 ist mit einem Eingang eines NOR-Gattcrs 414 verbunden, dessen Ar-gang dem Eingang eines Teilungs/ählers 420 mit einein Teilungsverhältnis von 50 (beispielsweise 2 SN 74 161 in Kaskadenschaltung) zugeführt wird. Der Ausgang des Zählers 420 liegt an der Leitung 450.

Wird das Fehlersignal abgetastet bei einem Abwärtszustand, dann werden die Impulse der Leitung 252 durch die Teilerschaltung 402 abwärts geteilt und über die Gatter 412 und 414 dem nächsten Zählcrschaltkrcis 420 zugeführt. Befindet sich jedoch das Fchlersignal in einem Aufwärtszustand, wie dies durch den Signalpcgcl in der Leitung 110 angezeigt wird, dann wird das Flip-Flop 408 gesetzt und die Impulse vom Ausgang der Teilcrdes Gatters 617 u^ld dem D Eingang des Flip-Flops 601. Der Ausgang des zweiten Zahlers 500 wird über die Leitung 550 den Takteingängen der Flip-Flops 603 und 604 zugeführt. Der Q Ausgang des Flip-Flops 603 ist mit

^r> dem anderen Eingang des Gatters 611 und der ^ Ausgang ist mit dem anderen Eingang des Gatters 613 und dem D Eingang des Flip-Flops 604 verbunden. Der (^ Ausgang des Flip-Flops 604 ist an den anderen Eingang des Gatters 615 und der Q Ausgang an das Gatter 617

ίο und den D Eingang des Flip-Flops 603 angeschlossen.

Der Ausgang des Gatters 611 liegt an einem Ende des Widerstands 621 und an einem Eingang des Gatters 612. Der Ausgang des Gatters 612 ist mit einem Ende des Widerstands 622 verbunden. Der Ausgang des Gatters

I^1-) 613 liegt an einer Seite des Widerstands 623 und an einem Eingang des Gatters 614, dessen Ausgang mit einem F.ndc des Widerstands 624 verbunden ist. Der Ausgang des Gatters 615 wird zugeführt einem Ende des Widerstandes 625 und dem Eingang des Gatters 616.

schaltung 402 werden den Gattern 412 und 414 nicht 20 Der Ausgang des Gatters 616 ist angeschlossen an ein

direkt zugeführt, sondern die verzögerten Ausgangssi gnale des Multivibrators 404 gelangen über die Gatter 410 und 414 zum Zählerschaltkreis 420. Dies bedeutet, daß, sobald das Signal im Aufwärts-Zustand sich befindet, der Ausgang des Zählers 420 der Leitung 450 verzögert ist um 325 ns relativ zur Phase der Ausgangsinipulse des Referenzzählcrs in der Leitung 350.

Beim zweiten Zähler 500 ist die Leitung 256 verbunden mit dem Takteingang des Teilungszählers 510 bei einem Teilungsverhältnis von 5 (Typ SN 74 196). Der Ausgang des Zählers 510 wird einem Inverter 514 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Takteingang eines Tcilungszählers 520 mit einem Teilungsverhältnis von 50 verbunden ist. Hierbei kann es sich wiederum um zwei SN 74 161 handeln, die in Kaskade geschaltet sind. Der Ausgang des Zählers 520 liegt an der Leitung 550.

Bei dieser Zähleranordnung erzeugt der Rcferenzzähler Ausgangsimpulse von 4 kHz, welche an der Leitung 350 liegen. Der an der Leitung 450 liegende Ausgang des ersten Zählers weist 16 kHz-Impulse auf, welche um 325 ns relativ zur Phase der Impulse in der Leitung 350 des Referenzzählers verzögert sind, sobald das Fehlersignal im Aufwärtszustand ist. Der an der Leitung 550 liegende Ausgang des zweiten Zählers besteht aus 16 kHz-Impulsen. Diese Impulse sind weder verzögert noch verschoben relativ zur Phase der Ausgangsimpulse des Referenzzählers in der Leitung 350.

Die Fig.5 zeigt die logische Verknüpfungsschaltung 600, welcher die 16 kHz-Signale des ersten und zweiten Zählers 400 und 500 zugeführt werden und die in Abhängigkeit hiervon zwei impulsbreitenmodulicrtc Analogsignale mit einer 4 kHz-Grundfrequenzkomponentc proportional dem Sinus und dem Cosinus eines Winkels θ erzeugt. Hierbei ist θ gleich der Anzahl der digitalen Eingangsimpulse π von der Teilerslufe 62 geteilt durch den gesamten Zählbereich N von 2000 und multipliziert mit 360°.

Die logische Verknüpfungsschaltung 600 weist vier Flip-Flops 601 bis 604, acht NOR-Gatter 611 bis 618 und acht 30 Ohm Widerstände 621 bis 628 auf. Der Ausgang des ersten Zählers 400 ist über die Leitung 450 verbunden mit den Takteingängen der Flip-Flops 601 und 602. Der Q Ausgang des Flip-Flops 601 führt zu einem Eingang des NOR-Gatters 613 und der ~Q Ausgang ist ver-Ende des Widerstands 626. Der Ausgang des Gatters 617 wird einem Ende des Widerstands 627 und einem Eingang des Galters 618 zugeführt, dessen Ausgang an einem F.ndc des Widerstands 628 liegt. Die verbleibenri den Eingänge der Gatter 612, 614, 616 und 618 sind geerdet.

Die anderen Enden der Widerstände 621 und 624 sind über eine Leitung 54;i miteinander verbunden. Die anderen Enden der Widerstände 622 und 623 sind in einer jo Leitung 546 zusammengeführt. Das Analogsignal entsprechend dem Sinne θ liegt zwischen den Leitungen 54.1 und 546. In entsprechender Weise sind die anderen Enden der Widerstände 625 und 628 über die Leitung 56;/ und diejenigen der Widerstände 626 und 627 über r> die Leitung 566 miteinander vereinigt. Das dem Cosinus θ entsprechende Signal liegt an den Leitungen 56a und 566.

Die Theorie und Arbeitsweise einer solchen logischen Verknüpfungsschaltung ist beispielsweise beschrieben in der vorerwähnten US-PS 36 86 487.

Die Flip-Flops 601 und 602 bilden einen miteinander verknüpften lohnson-Ringzähler, welcher das 16 kHz-Signal der Leitung 450 um den Faktor 4 dividiert, so daß sich 4 kHz-Signale am Ausgang des Flip-Flops 601 und weitere hierzu um 90" phasenverschobene 4 kHz-Signale am entsprechenden Ausgang des Flip-Flops 602 ergeben. Die Flip-Flops 603 und 604 bilden ebenfalls einen miteinander verknüpften Ringzähler, welcher das Signal der Leitung 550 in 4 kHz-Signale am Ausgang des Flip-Flops 603 und weitere hierzu um 90° phasenverschobene 4 kHz-Signale ain Ausgang des Flip-Flops 604 teilt. Das Netzwerk der NOR-Gatter 611 bis 618 und der Widerstände 621 bis 628 wird zur Bildung der impulsbrcitmodulierlcn Sinus- und Cosinusanalogsigna-Ie der Leitungen 54«i—b und 56a—6 verwendet durch Addieren der Grundausgänge der Flip-Flops 601 und

603 für den Sinusausgang und durch Addieren der 90° phasenverschobenen Ausgänge der Flip-Flops 602 und

604 zur Erzeugung des Cosinusausgangssignals.

ho Das NOR-Gatter 611 verknüpft im wesentlichen entsprechend der l'cirecfunkticin die komplementären Ausgänge der Flip-Flops 601 und 603, wobei das Ergebnis dann einer Seite 54a des Sinusausgangs zugeführt wird. In entsprechender Weise verknüpft das NOR-Gatter

bunden mit einem Eingang des NOR-Gatters 611 und *>■> 613 die wahren Ausgange der Hip-Mops 6öi und 603, dem D Eingang des Flip-Flops 602. Der Ό Ausgang des wobei das Ergebnis der anderen Seite 546 des Sinusaus-Flip-Flops 602 führt zu einem Eingang des Galters 615 gangs zugeführt wird. Die Gatter 615 und 617 verknüp- und der Q Ausgang ist verbunden mit einem Eingang fen die komplementären und wahren Ausgänge der

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»90¹« Klip-Klops 602 und 604 zur Urzeugung des Cosinussignals ii den Leitungen 56./ — b. Die NOR-Gatter 612,614,616 und 618 sind als Inverter geschaltet, um als Rückführleiuingen für die Sinus- und Cosinusau^nngssiröme zu dienen, welche die Umformerwickhingen durchfließen. Die iinpulsbreitmodulicrien Sinus- und Cosinussignale, die auf diese Weise gebildet werden, haben eine Grundfrequen/. von Λ kH/. Die Amplitude der Giundfrequen/.komponenlc des Sinussigniils der Leitungen 54a — b ist proportional dem Sinus des Sollwinkels θ und die Amplitude der Grundfrcqucn/komponente des Cosinussignals links der Leitungen 56;i — b ist proportional dem Cosinus Θ.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Digital-Analog-Wandler bei einem Lagcmeßsystem mit einem Lagemeßumformer, dem ein analog ges Lagesignal zugeführt wird und der ein analoges Fehlersignal erzeugt, welches zwei Schalizustände aufweist entsprechend der Richtung, in der die beiden Umformerhälften zueinander zu bewegen sind Die Erfindung betrifft einen Digital-Analogwandler bei einem Lagemeßsystem mit einem Lagemeßumformer, dem ein analoges Lagesignal zugeführt wird und der ein analoges Fehlersignal erzeugt, welches zwei Schaltzuständc aufweist entsprechend der Richtung, in der die beiden Umformerhälften zueinander zu bewegen sind und welches einen Umsetzer zugeführt wird, der Richtungssignale entsprechend dem Schaltzustand des Fehlersignals und einen Lageimpuls erzeugt wenn