DE2621086C3 - Verfahren und Anordnung zur Schwinganker-Regelung - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Schwinganker-RegelungInfo
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D19/00—Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase
- G05D19/02—Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase characterised by the use of electric means
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Impulserregung und Regelung eines mechanischen
Schwingers oder Schwingankerantriebs mit Stellgliedern und einem Weggeber zur kontinuierlichen
Messung der Auslenkung einer schwingenden Masse und zur Bildung eines zur momentanen Auslenkung der
schwingenden Masse proportionalen Signals.
Schwingankerantriebe werden auf Grund ihres einfachen, robusten Aufbaus als Antriebsmittel häufig
angewendet Die durch solche Schwingankerantriebe erzeugten, pendeiförmigen Bewegungen lassen sich
mittels Schubstangen und Gelenken leicht in translatorische Bewegungen umsetzen, so daß diese Antriebsart
sehr vielseitige Verwendung finden kann.
Bei ungeregelten Schwingankerantrieben kann durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch große
to Massenträgheitsmomente, die kinetische Energie so groß gewählt werden, daß relativ kleine Laststöße die
Schwingungsfrequenz und die Schwingungsamplitude des Ankers nur unwesentlich beeinflussen. Dabei sind
jedoch erhebliche Anschwing- und Abklingzeiten der Schwingankerbewegung in Kauf zu nehmen. Außerdem
weisen ungeregelte Schwingankerantriebe meist ein lastabhängiges dynamisches Verhalten auf.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Anordnung zur Regelung eines Schwingankerantriebes
anzugeben, die auch bei großen Massenträgheitsmomenten relativ kleine Anschwing- und Ausschwingzeiten
aufweist und deren dynamisches Verhalten relativ lastunabhängig ist.
Aus der DE-OS 16 13 221 ist ein elektromagnetischer Vibrator mit Schwingbreitenregelung bekannt, der zum Antrieb von Schwingrinnen in Mischanlagen von mehreren Schüttgutkomponenten Verwendung finden kann. Bei diesem Vibrator wird ein von einem an dem Vibrator befestigten elektromagnetischen Schwingbrei-
Aus der DE-OS 16 13 221 ist ein elektromagnetischer Vibrator mit Schwingbreitenregelung bekannt, der zum Antrieb von Schwingrinnen in Mischanlagen von mehreren Schüttgutkomponenten Verwendung finden kann. Bei diesem Vibrator wird ein von einem an dem Vibrator befestigten elektromagnetischen Schwingbrei-
jo tengeber erzeugtes Wechselspannungssignal zu einer
proportionalen Gleichspannung gleichgerichtet und mit einer Referenzspannung zu einem korrigierten Istwert
der Schwingbreite addiert. Diese bekannte Vorrichtung kann relativ grolle An- und Ausschwingzeiten aufweisen,
was bei dem Anwendungsgebiet der bekannten Vorrichtung indessen unbeachtlich ist.
Der Erfindung liegt demgegenüber gerade die Aufgabe zugrunde, die An- und Ausschwingzeiten eines
Schwingers oder Schwingankeranträebs zu verkürzen, sein dynamisches Verhalten zu verbessern und zugleich
die durch mechanische Dimensionierung erzielte Frequenzkonstanz der Ankerschwingung aufrechtzuerhalten.
Die Erfindung soll sich insbesondere auch für Schwingankerantriebe von einigen Grad Pendelwinkel-Ausschlag,
mit dem daraus resultierenden, nichtlinearen Verhalten der Regelstrecke, eignen.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet,
daß einerseits ein aus diesem Signal ein im Takte der Schwingungsfrequenz pulsierendes
Dreieck-Signal bildender, einem Symmetrier-Komparator nachgeschalteter Integrierer und andererseits ein
ein zum Dreiecksignal geschwindigkeitsproportionales zumindest angenähert sinusförmiges Signal bildender,
einem Differenzierglied nachgeschalteter Proportional-Verstärker vorgesehen ist, daß ferner ein eine
Phasenverschiebung zwischen dem Dreiecksignal und dem sinusförmigen Signal bewirkendes Glied vorgesenen
ist und daß schließlich eine das Dreiecksignal und das sinusförmige Signal interva'lweise in ihren Momentanwerten
miteinander vergleichende Komparator-Steuerschaltung vorgesehen ist, die nur bei den
Momentanv.'ert des sinusförmigen Signals übersteigendem Momentanwert des Dreiecksignals eine Erregung
der Stellglieder bewirkende Ausgangssignale abgibt.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist den Vorteil auf, daß die Erregung des Schwingankers jeweils in
einer Teilperiode der Schwingung derart erfolgt, daß nur die zu einer Auslenkung der schwingenden Masse
auf einen Soll-Amplituden-Wert notwendige Energie zugeführt wird, so daß sich das gewünschte dynamische
Verhalten, nämlich ein schnelles An- und Ausschwingen (engl. Fast-Response-Controll), ergibt; aie Gefahr des
Überschwingens besteht im belasteten Betrieb nicht
Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich unabhängig von der Art der Schwingungserregung anwenden.
An Hand von Zeichnungen wird im folgenden ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung :iäher
erläutert üs zeigt
F i g. 5 einen Schwingankerantrieb mit einer Regelungsanordnung,
F i g. 2 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung,
Fig.3 das Steuerungsprinzip der Steuerschaltung
nach F i g. 2.
Ein Schwingankerantrieb F i g. 1 weist an einem Ende eines Schwingankers Seinen bipolaren Weggeber Tauf,
welcher Weggeber rein der Auslenkung des Schwingankers
proportionales Signal Scos abgibt. Das Signal Sn,,
wird einerseits dem einen Eingang eines Symmetrier-Komparators VK und andererseits einem einzigen
Eingang eines Differenziergliedes Kd zugeführt. Einem zweiten Eingang des Symmetrier-Komparators Kk ist
eine Referenzspannung R eingespeist. Der Ausgang des Symmetrier-Komparators Vk ist mit dem Eingang eines
Integrierers Vi, dei Ausgang des Differenzierjrüedes Kt
mit dem Eingang eines Proportionalverstä.kers Vp
verbunden. Der Ausgang des Integrierers K; ist über eine Steuerschaltung Ks mit dem Ausgang des
Proportional-Verstärkers Vp zusammengefaßt. Die
Steuerschaltung Ks ist zu einem Elektromagneten Edes Schwingankerantriebs geführt
Die Steuerschaltung Ks weist, nach Fig. 2, je einen
ersten und einen zweiten sogenannten Magnet-Komparator K\ bzw. Kn mit jeweils nachgeschalteten Optokopplern
OCYi und OCIn auf. Je einem ersten Eingang der Magnet-Komparatoren K\ und Kn ist ein Dreiecksignal
Sa und je einem zweiten Eingang der Komparatoren
K\ und Kn ein sinusförmiges Signal S51n zugeführt.
Die Ausgänge der Optokoppler K\ und Kn sind zu den Steuereingängen des Elektromagneten Egeführt.
Die Funktionsweise des Schwingankerantriebs mit Regelung läßt sich am besten im eingeschwungenen
Zustand erklären: Ein um einen Drehpunkt DPX schwingender Schwinganker Sbewirkt am Ausgang des
induktiven Weggebers rein annähernd dem Pendelwinkel proportionales Signal So», welches bei periodischer
Schwingung des Schwingankers 5 cosinusförmig sein kann. Dieses Signal Sraj wird sowohl dem Differenzierglied
Vo als auch dem Symmetrier-Komparator K*
zugeführt. Im Symmetrier-Komparator Vk wird das
Signal Sms mit einem Referenzsignal R verglichen und
somit die Polarität des Signals Scos bestimmt. Das
Ausgangssignal des Komparator Vk weist dementsprechend
einen rechteckförmigen Verlauf auf und wird einem Integrierer Vi zugeführt und in diesem zu einem
Dreiecksignal Sj transformiert. Dieses Dreiecksignal Sa
weist folglich dieselbe Frequenz wie die Schwingung des Schwingankers Sauf. Im Differenzierglied Kd wird aus
dem Signal Scos durch Differentiation eine der Geschwindigkeit
des Schwingankers S proportionale Spannung Ss gewonnen, die in einem nachfolgenden
Proportional-Verstärker Vp zum sinusförmigen Signal Ssm verstärkt wird. Das Dreiecksignal Sa und das
sinusförmige Signal SSin dienen als Eingangssignale für
eine Steuerschaltung Ks, welche Steuerschaltung Ks zur zeitgerechten Erregung des Elektromagneten E eingesetzt
ist.
Die Resonanzfrequenz des Schwingankerantriebs wird bekanntlich einerseits durch das gesamte Massenträgheitsmoment
aller bewegten Massen und andererseits durch die Federkonstante einer Feder F bestimmt
Die hauptsächlichen Massenträgheitsmomente der bewegten Massen werden offensichtlich von dem
Schwinganker S, von der Schubstange Sch mit der für eine Umsetzung der pendeiförmigen Schwingankerbewegung
in eine translatorische Schubstangenbewegung
ίο notwendigen Gelenkverbindung sowie von der angetriebenen
Masse selbst bestimmt. Durch entsprechende Dimensionierung der die Schwingungsfrequenz bestimmenden
Elemente kann eine hohe mechanische Frequenzstabilität der Regelstrecke erzielt werden, so
daß es Aufgabe der Regelung ist, dem System unter Berücksichtigung der zwischen dem Schwinganker S
und dem Elektromagneten E in der Regelstrecke verursachten Nichtlinearitäten dem System genau so
viel Energie zuzuführen, als von diesem abgegeben wird Diese Aufgabe wurde im Ausführungsbeispiel durch
einen Vergleich des Dreiecksignals Sj mit dem geschwindigkeitsproportionalen sinusförmigen Signa!
S51n bei entsprechender impulsartiger Erregung des
Elektromagneten E gelöst. Gemäß Fig. 3 wird bei einem Nulldurchgang in positiver Richtung des
Dreiecksignals Sj ein Steuerimpuls Im für den Elektromagneten
E ausgelöst Abgeschaltet wird dieser Steuerimpuls Im nach einer Zeit /„ wenn ein Amplitudenvergleich
zwischen dem sinusförmigen Signal SH„
und dem Dreiecksignal Sj gleiche Werte ergibt Ein durch Überschwingen des Schwingankers S über einen
Sollwert erzeugtes sinusförmiges Signal S,,,,+ ergibt, bei gleicher Steigung des Dreiecksignals Sj eine
Verkürzung des Steuerimpulses Im um das Zeitintervall
Αχ 1 und bewirkt die notwendige Korrektur der Amplitude des Schwinganker. Analog gilt diese
Betrachtung auch für ein unier dem Sollwert liegendes sinusförmiges Signal S11n- mit der entsprechenden
Verlängerung des Steuerimpulses lM um das Zeitintervail
/Iv 2·
In Fig. 2 sind die zur Durchführung des beschriebenen
Ampiitudenvergleichs benutzten Magnet-Komparatoren K1 und Kn dargestellt Jeder dieser Magnet-Komparatoren
K\ und Kn steuert über je einen korrespondierenden Optokoppler OCh und OCIn einen
Teil I bzw.Teil Il des Elektromagneten fan.
Selbstverständlich reicht die Schaltleistung eines Optokopplers nicht für leistungsfähige Schwingankerantriebe
aus, so daß für derartige Antriebe zusätzlich entsprechende Leistungsverstärker notwendig sind.
Um einen definierten Schnittpunkt zwischen den bei idealer (mathematischer) Differentiation in gleicher
Phasenlage befindlichen Signalen S51n und Sj zu erzielen,
wird die Ausgangscharakteristik des Integrierers in bekannter Weise exponentiell verformt. Ebenso wären
zum selben Zweck ein das sinusförmige Signal Sim
zeitlich verzögerndes Glied oder ähnliche Mittel zur Erzeugung einer Phasenverschiebung denkbar.
Der Symmetrier-Komparator Vk weist an seinem
Ausgang eine in bekannter Weise aufgebaute Dioden-Brückenschaltung und ein Begrenzungsglied auf.
Die an Hand der Fig. 3 geführten, auf eine positive
Sch'vingungshalbwelle ausgerichteten Überlegungen gelten analog auch für eine negative Schwingungshalbwelle.
Durch eine derartige, sogenannte Vollphasen-Steuerung wird ein sehr gutes dynamisches Regelverhalten
auch bei wechselnder Belastung des Antriebssystems erzielt
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Anordnung zur Impulserregung und Regelung eines mechanischen Schwingers oder Schwingankerantriebs
mit Stellgliedern und einem Weggeber zur kontinuierlichen Messung der Auslenkung einer
schwingenden Masse und zur Bildung eines zur momentanen Auslenkung der schwingenden Masse
proportionalen Signals, dadurch gekennzeichnet,
daß einerseits ein aus diesem Signal ein im Takte der Schwingungsfrequenz pulsierendes
Dreieck-Signal (Sa) bildender, einem Symmetrier-Komparator
(VK) nachgeschalteter Integrierer (V1)
und andererseits ein ein zum Dreiecksignal (Sa) geschwindigkeitsproportionales zumindest angenähert
sinusförmiges Signal (S„„) bildender, einem Differenzierglied (VD) nachgeschalteter Proportional-Verstärker
(Vp) vorgesehen ist, daß ferner ein eine Phasenverschiebung zwischen dem Dreiecksignal
(Si) und dem sinusförmigen Signal (Ss,,,)
bewirkendes Glied vorgesehen ist und daß schließlich eine das Dreiecksignal (S^ und das sinusförmige
Signal (Ssin)intervallweise in ihren Momentanwerten
miteinander vergleichende Komparator-Steuerschaltung (Vs) vorgesehen ist, die nur bei den
Momentanwert des sinusförmigen Signals übersteigendem Momentanwert des Dreiecksignals eine
Erregung der Stellglieder bewirkende Ausgangssignale abgibt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparator-Steuerschaltung (Vs)
einen ersten Ausgang für die den positiven Halbperioden des dreieckförmigen Signals (S.])
entsprechenden Ausgangssignale und einen zweiten Ausgang für die den negativen Halbperioden des
dreieckförmigen Signals (Sa) entsprechenden Ausgangssignale
aufweis'..
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparator-Steuerschaltung (Vs)
entweder einen Ausgang für die den positiven Halbperioden des dreieckförmigen Signals (Sa)
entsprechenden Ausgangssignale oder einen Ausgang für die den negativen Halbperioden des
dreieckförmigen Signals (Si) entsprechenden Ausgangssignale aufweist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder zur Umwandlung der
elektrischen in mechanische Energie Elektromagne- Ie(E) aufweisen.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Komparator-Steuerschaltung (Vs) aus zwei parallelgeschalteten Komparatoren (K\,
Ku) besteht und daß einem jeweils ersten Eingang jedes Komparators (K\ bzw. Kn) die dreieckförmigc
Ausgangsspannung des Integrierers (V1) und einem
zweiten Eingang die sinusförmige Ausgangsspannung des Proportional-Verstärkers (Vp) zugeführt
sind.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH1180675A CH596701A5 (de) | 1975-09-11 | 1975-09-11 |
Publications (3)
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DE2621086A1 DE2621086A1 (de) | 1977-03-17 |
DE2621086B2 DE2621086B2 (de) | 1977-10-06 |
DE2621086C3 true DE2621086C3 (de) | 1978-05-24 |
Family
ID=4377049
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE (1) | DE2621086C3 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5574511A (en) * | 1978-11-30 | 1980-06-05 | Toshiba Corp | Driving system of optical scanning device |
DE8712331U1 (de) * | 1986-09-26 | 1988-01-28 | Flowtec AG, Reinach, Basel | Corioliskraft-Massendurchflussmesser |
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1975
- 1975-09-11 CH CH1180675A patent/CH596701A5/xx not_active IP Right Cessation
-
1976
- 1976-05-12 DE DE19762621086 patent/DE2621086C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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