DE2734485C2

DE2734485C2 - Anordnung zur Signalverarbeitung von Soll- und Istwertimpulsen vor einem Sollwert- und Differenzzähler eines Positionierungssystems

Info

Publication number: DE2734485C2
Application number: DE19772734485
Authority: DE
Inventors: Dan-Corneliu Dipl.-Ing. 6930 Eberbach Raducanu
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1977-07-30
Filing date: 1977-07-30
Publication date: 1983-09-22
Also published as: DE2734485A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Signalverarbeitung von Soii- und istwertimpuisen für ein Positionierungssystem, wobei die zu verarbeitenden Informationen in Soll- und Istpositionen der linearen oder Rotationsbewegung eines Motors unter Berücksichtigung der mgöichen Richtung darstellen, in einer Synchronisationsstufe getaktet werden und nach Verknüpfung seriell zur Verfügung stehen.

Bei der Bewegung eines Mobils, beispielsweise einer Werkzeugmaschine, treten bei Betrieb Abweichungen zwischen der Soll* und Istlage auf. Diese vorzeichenbehafteten Abweichungen können einem Positionsregler aufgeschaltet werden und dienen zur Regelung eines Antriebssystems, so daß der Antrieb immer auf die geringstmögliche Abweichung zwischen Soll- und Istwert eingestellt ist.

Aus der deutschen Patentanmeldung P 26 58 114.6 ist ein System zur Verarbeitung der seriell und vierkanalig anstehenden, richtungsorientierlen Soll- und Istwertimpulse zur Aufschaltung auf eiüeii Differenzzähler bekannt. Dazu ist eine Synchronisationsstufe vorgesehen, die die Sollwerte und die Istwerte mit einem Takt von ungefähr I MHz synchronisiert, Ferner ist eine Koinzidenzsperrstufe vorgesehen, die die Sollwertimpulse und Istwertimpulse bei gleicher Richtung und gleichzeitigem Auftreten sperrt und Sollwertimpulse und Istwertimpulse bei unterschiedlicher Richtung und gleichzeitigem Auftreten über eine Verknüpfungsschaltung zeitlich narheinander und richtungsabhängig weiterleitet. Eine Verzögerungsstufe ist an die Koinzidenzsperrstufe angeschlossen, so daß der nachgeschaltete Differenzzähler von seiner Nullage nur vorwärts zlihlt. Nachteilig hierbei ist, daß die Schaltung aufwendig aufgebaut werden mußte, weil die Beeinflussung eines ebenfalls angeschalteten Sollwertzählers vermieden werden sollte. Durch die geforderte hohe Taktfrequenz (I MHz) gegenüber der Frequenz der Istwertimpulse mußten aufwendige und teure TTL-Bausteine eingesetzt werden. Eine Verwendung der heute geforderten C-MOS-Bausteine (billig und stromsparend) auch bei niedrigen Speisespannungen ist nicht möglich.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine einfache, zuverlässige, langsame (Taktfrequenz 40OkHz) Mischstufe zu finden, die die richtungsorientierten Sollwertimpulse einem vorwärts- und riickwärtszählenden Sollwertzähler und die richtungsorientierten Istwert- und Sollwertinipulse einem Differenzzähler zuführt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß ein

Sollwert- und ein Differenzzahler vorgesehen sind, die von getrennten Kanälen angesteuert werden, daß die Synchronisationsstufe getrennte Eingänge für Sollwertimpulse und Vorzeichen für Sollwertimpulse aufweist, daß am Ausgang einer der Synchronisationsstufe nachgeschalteten Verknüpfungsstufe Sollwertimpulse und Istwertimpulse in getrennter Form vorhanden sind, daß der Verknüpfungsstufe zu einem ein Sollwertkanal mit einer Vorbereitungsstufe, einem Sollwertzähler und einem Nuilkoiazidenzbildner und zum anderen ein Differenzkanal mit einer Vorbereitungsstufe, einem Differenzzähler und einem Nullkoinzidenzbildner nachgescfcaltet ist, so daß an den Ausgängen des Sollwertkanals und des Differenzkanals eine Abweichung des Positionierujigssystems im Sollwert und in t5 der Differenz zwischen Soll- und Istwert in digitaler Form abgreifbar ist_

Durch die Mischstufe, die dem Differenz- und dem Sollwertzähler Impulse vorgibt, kann die Taktfrequenz gesenkt und eine relativ langsame Digital-Technologie angewendet werden. Vorteilhaft kann also durch den Einsatz von Bausteinen in C-MOS-Technik gegenüber den bisher verwendeten TTL-Baugruppe-_: erheblich billiger gebaut werden. Außerdem sind die langsamen C-MOS-Bausteine wesentlich störunanfälliger. Weitere Vorteile sind aus dem Ausführungsbeispiel ersichtlich.

Ein Ausführungsbeispiel der Anordnung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert

In Anlehnung an die entsprechenden DIN-Normen (41 859,44 300 und 40 700) bzw. den üblichen Sprachge- m brauch werden im weiteren Text die Vorzeichen der elektrischen Größen mit High (H) und Low (L) bezeichnet. Der Clock-Eingang von Speichergliedern wurde mit C = Takt bezeichnet und die Aufwärts/Abwärts-Zählrichtung des Zählers mit U/D-Eingang. J5

Auf eine Synchronisationsstufe 1 werden nicht synchronisierte Soliwertimpulse 5 geführt, die von einem nicht gezeigten Frequenzgeber als Rechteckimpulse erzeugt werden. Das Vorzeichen (High oder Low) der Sollwertimpulse 5 wird als Vorzeichensignal WR auf die Synchrr nisationsstufe 1 geführt. Ebenfalls auf die Stufe 1 werden die rechteckförmigen Istwertimpulse /+ und /— geführt, die von dem Positionsgeber des zu regelnden Antriebs abgenommen werden. Die Vorzeichen plus und minus beinhalten dabei die Bewegungsrichtung des Antriebes. Weiterhin werden auf die Stufe 1 extern erzeugte Taktimpulse T geleitet. In der Synchronisationsstufe 1 werden die Sollwertimpulse 4 mit dem Vorzeichensignal WR gemischt und mit dem Takt Tsynchronisiert. Am Ausgang der Stufe 1 stehen ><> die zweikanaligen richangsabhängigen Sollwertimpulse als S+(T)und S-(T)zur Verfügung. Diese Impulse haben eitse Breite, die gleich einer Taktperiode der Taktimpulse T ist. Die Istwertimpulse /+ und /— werden ebenfalls in der Stufe 1 mit dem Taktimpuls T synchronisiert und erscheinen zweikanalig in Abhängigkeit von der Richtung als /+ (T)und /+ (T).

Diese am Ausgang der Stufe 1 auftretenden Impulse können gleichzeitig auftreten. Sie müssen in den nachfolgenden Stufen derart verarbeitet werden, auch *>q unter Berücksichtigung einer möglichen Vibration des zu positionierenden Systems, daß sic den nachgeschalteten Zählern seriell geordnet zugeführt werden.

Der Synchronisationsstufe 1 ist eine Verknüpfungsstufe 2 nachgeschaltet. Diese Stufe besteht aus logischen <» Schaltkreisen, so daß die vier Eingangsgrößen 1+(T), 1-(T), S+(T)und S-(T)\n Abhängigkeit von den SoIi- und Istwerten nach liner Wahrheitstabelle derart verknüpft werden, daß am Ausgang dieser Stufe Sollwertimpulse SZ+ und SZ- für einen Sollwertzähler und Differenzimpulse FZ+ und FZ— für einen Differenzzähler in zeitlicher Reihenfolge entstehen. Die am Ausgang der Stufe 1 anstehenden Impulse werden derart verknüpft, daß die Soliwertimpulse S+ (T), wenn sie alleine auftreten, und die Istwertimpulse /+ (TJ wenn sie gleichzeitig mit den Sollwertimpulsen S-(T) auftreten, als SZ+ Impulse zur Verfügung stehen, daß die Soliwertimpulse S-(T), wenn sie alleine auftreten, und die Istwertimpulse I-(T), wenn sie gleichzeitig mit den Sollwertimpulsen S+(T) auftreten, als SZ-Impulse zur Verfügung stehen, daß die SoIIwertimpuhe S+(T) und die Istwertimpulse 1-(T), wenn diese Istwertimpulse nicht gleichzeitig mit den Sollwertimpulsen S+(T) auftreten, als FZ+ Impulse zur Verfügung stehen, und daß die Soliwertimpulse S- (T) und die !Istwertimpulse /+ (T), wenn diese Istwertimpulse nicht gleichzeitig mit den Sollwertimpulsen 5-(T) auftreten, als FZ-Impulse zur Verfügung stehen.

Hinter der Verknüpfungsstufe 2 teilen sich die bisher gemeinsam geführten Impulse au·.' in einen oberen Kanal mit der Vorbereitungsstufe 3, dem Sollwertzähler 5 und einem Nullkoinzidenzbildner 6 und einen unteren Kanal mit der Vorbereitungsstufe 4, dem Differenzzähler 7 und einem Nulikoinzidenzbildner 8. Auf die Vorbereitungsstufen 3 und 4 ist ebenfalls noch der Taktimpuls T und der durch den Inverter 9 erzeugte inverse Takt Tgeführt Die Vorbereitungsstufe besteht aus taktgesteuerten logischen Bausteinen (UND-, NAND-Gliedern, D-Flip-Flops). Auf die Vorbereitungsstufen 3 bzw. 4 werden ebenfalls noch die Vorzeichen (plus oder minus) des Zustandes der nachgeschalteten Soll- bzw. Differenzzähler gegeben. Das sind auf die Stufe 3 das Vorzeichen VSdes Sollwertzählers 5 und auf die Stufe 4 das Vorzeichen VD des Differenzzählers 7. Diese Vorzeichen werden in den entsprechenden Stufen 3 bzw. 4 gespeichert. Die gespeicherten Informationen über den ursprünglichen Zustand des betreffenden Zählers wird als VS-Vorz. und VD-Vorz. auf den Ausgang der erfindungsgemäßen Anordnung und damit als digitales Signal auf nicht dargestellte Positionsregler gegeben.

Nur beispielsweise für die Funktion wird der obere Sollwertkanal beschrieben.

Der der Vorbereitungsstufe 3 nach^eschalfete Sollwertzähler 5 verfügt über einen U/D· Eingang (Vorwärts-Rückwärts-Zählrichtung)und einen Clock-(Takt-)-Eingang (C-Eingang). Über den U/D-Eingang wird das Vorzeichen für den Zähler — vorwärts oder rückwärts zählen — und über den C-Eingang der Betrag des Impulses aufgenommen. Die Vorbereitungsstufe verarbeitet die ankommenden SZ+ und SZ- Impulse derart, daß bei gleichzeitigem Erscheinen dieser beiden '.mpulse die Stufe 3 sperrt und am C-Eingang des Zählers 5 kein Signal erscheint. Bei Auftreten nur eines SZ+ Impulses wird in der Vorbereitungastufe 3 das Vorzeichen ( + ) dieses Impulses zur Aktivierung des Zählers 5 über den U/D-Eingang und nach einer Verzögerung de·· Inhalt (SZ) dieses Impulses zur Ansteuerung des C-Einganges verwendet. Die Verzögerung zwischen der Ansteuerung des U/D-Eingänges und des C-Einganges beträgt eine halbe Periode des an die Stufe 3 angelegten Taktimpulses T.

Wenn der Zähler 5 auf Null gesetzt war, kann durch einen SZ- Impuls :1er Zähler nicht mehr negativer zählen. Wenn der Zähler den Zustand Null einnimmt, wirci über den am Ausgang des Zählers 5 angeordneven

Nullkoinzidcnzbiklncr b. der aus Verknüpfungsgliedern besteht, auf die Vorbereiuingsslufe 3 ein Signal SZNK geführt. Dieses Signal hat beim Null/ustand des Zählers 5 Η-Potential. Dieses Signal verändert den Ausgang der Stufe 3 unabhängig von dem Hingangssignal SZ+ oder SZ- derart, daß der Zähler 5 nur ein U-Signal an seinem IJ/D-Eingang erhall. Der Zähler zählt also von seiner Nullage immer in positiver Richtung, unabhängig von den angelegten Impulsen. Wenn jetzt der Zähler eine Lage größer Null erreicht hat. wird durch den Nullkoinzidenzbildner 6 auf das SZAZ/C-Signal L-Potential gegeben. Die Stufe 3 wird somit wieder in die normale Lage versetzt und kann die ankommenden SZ+ und SZ- Impulse vorzeichengetreu über den U/D-Eingang auf den Zähler 5 geben. Das wahre Vorzeichen des Impulses SZ-, der korrigiert den Zähler 5 in positiver Richtung zählen ließ, ist in der Stufe 3 gespeichert worden und steht als VS-Vorz. am Ausgang der Anordnung zur Verfügung.

Der Zähler 5 kann in seiner Ruhestellung aber auch jeden anderen Wert einnehmen. Durch das extern zugeführte Vorzeichen VS kann der Zähler in eine bestimmte Lage gesetzt werden. Diese Lage kann sowohl positiv als auch negativ sein.

Die Ausgänge des Sollwertzählers 5 sind mit SZDund die Ausgänge des Diffcrenzzählcrs 7 mit [-'ZD bezeichnet. Die Anzahl der Ausgänge ist abhängig von der Anzahl der Dekaden der Zähler 5 bzw. 7. Am Ausgang SZD des Zählers 5 erscheinen also beispielsweise binär codierte digitale Informationen über den Sollwert in Betrag und Phase, die in einer weiteren nicht gezeigten Stufe des Positionierungssystems verarbeitet werden.

Während der in der Zeichnung dargestellte obere Kanal, gebildet aus der Verknüpfungsstufe 3. dem Sollwertzähler 5 und den Nullkoinzidenzbildner 6. die .Sollwerte des Positionierungssystems speichert und weitergibt, bildet der untere Kanal mit den Stufen 4, 7. 8 die Differenzimpulse, die aus den Sollwert- und Istwertimpulsen entstehen. Die Stufen 4, 7 und 8 entsprechen dabei bautcilmäßig den Stufen 3, 5, 6 des oberen Kanals. Die Funktion dieser Stufe erfolgt ebenfalls gleichartig zu der der anderen Stufe. Es werden also im unteren Kanal die augenblicklichen Differenzsignale zwischen Soll- und Istwert gespeichert bzw. stehen als digitale Signale am Ausgang FZD in Betrag und in KD-Vorz. als Richtung zur Verfügung. Diese Signale am Ausgang FZD werden nach einer nicht gezeigten D/A-Umsetzung als Sollwerte auf den ebenfalls nicht gezeigten Antrieb gegeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Signalverarbeitung von SoIl- und Istwertimpulsen für ein Positionierungssystem, wobei die zu verarbeitenden Informationen die SoII- und Istpositionen der linearen oder Rotationsbewegung eines Motors unter Berücksichtigung der möglichen Richtung darstellen, in einer Synchronisationsstufe getaktet werden und nach Verknüpfung seriell zur Verfügung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sollwert- (5) und ein Differenzzähler (7) vorgesehen sind, die von getrennten Kanälen angesteuert werden, daß die Synchronisationsstufe (1) getrennte Eingänge für SoIIwertimpulse (s) und Vorzeichen (WR) für Sollwertimpulse aufweist, daß am Ausgang einer der Synchronisationsstufe (1) nachgeschalteten Verknüpfungsstufe (2) Sollwertimpulse (SZ+, SZ-) und Istwertimpulse (FZ+, FZ-) in getrennter Form vorhanden sind, daß der Yerknüpfungsstufe (2) zum einen ein Soliwertkanai mii einer Vorbereitungsstufe (3), einem Sollwertzähler (5) und einem Nullkoinzidenzbildner (6) und zum anderen ein Differenzkanal mit einer Vorbereitungsstufe (4), einem Differenzzähler (7) und einem Nullkoinzidenzbildner (8) nachgeschaltet ist, so daß an den Ausgängen des Sollwertkanals (SZD) und des Differenzkanals (FZD) eine Abweichung des Positionierungssystems im Sollwert und in der Differenz zwischen Soll- und Istwert in digitaler Form abgreifbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aasgänge ^er Verknüpfungsstufe (2) derart geschaltet sind, daß die Sollwertimpulse (S+(T)), wenn sie allein auftrete und die Istwertimpulse (1-(T)), wenn sie gleichzeitig mit den Sollwertimpulsen (S- (T)) auftreten, als SZ+ Impulse zur Verfügung stehen, daß die Sollwertimpulse (S-(T)), wenn sie alleine auftreten, und die Istwertimpulse (I- (T)), wenn sie gleichzeitig mit den -to Sollwertimpulsen 5+ (T)) auftreten, als SZ- Impulse zur Verfügung stehen, daß die Sollwertimpulse (S+(T)) und die Istwertimpulse (1-(T)), wenn die,x Istwertimpulse nicht gleichzeitig mit den Sollwertimpulsen (S+(T)) auftreten, als FZ+ Impulse zur Verfügung stehen und daß die Sollwertimpulse (S-(T))und die Istwertimpulse (1+(T)), wenn diese Istwertimpulse nicht gleichzeitig mit den Sollwertimpulsen (S-(T)) auftreten, als FZ-Impulse zur Verfügung stehen.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbereitungsstufe (3) außer den Sollwertimpulsen (SZ+, SZ-) der Takt (T), der negierte Takt (T) und das Vorzeichen (VS) des Sollwertzählers (5) derart zugeführt ist, daß bei gleichzeitigem Auftreten der Sollwertimpulse (SZ+, SZ-) die Vorbereitungsstufe (3) sperrt, während bei seriellen Auftreten der Sollwertimpulse (SZ+, SZ-) das Vorzeichen dieser Impulse (plus bzw. minus) den U/D-Eingang des Sollwertzählers (5) f>o aktiviert und der Inhalt dieser Impulse (SZ) den C-Eingang des Sollwertzählers (5) nach einer Verzögerung entsprechend der halben Periode der Taktimpulse ^ansteuert.

4. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekenn- <" zeichnet, daß der Vorbereitungsstufe (4) außer den Differenzimpulsen (FZ+. FZ-) der Takt (T), der negierte Takt (T) und das Vorzeichen (VD) des Differenzzählers (7) derart zugeführt ist, daß bei gleichzeitigem Auftreten der Differenzimpulse (FZ+, FZ-) die Vorbereitungsstufe (4) sperrt, während bei seriellem Auftreten der Differenzimpulse (FZ+, FZ-) das Vorzeichen dieser Impulse (pius, minus) den U/D-Eingang des Differenzzählers (7) aktiviert und der Inhalt dieser Impulse (FZ) den C-Eingang des Differenzzählers (7) nach einer Verzögerung entsprechend der halben Periode der Taktimpulse (T) ansteuert.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbereitungsstufen (3 bzw. 4) über jeweils einen Ausgang verfügen, von dem gespeicherte Signale (VS-Vorz. bzw. VD-Vorz.), die die Vorzeichen der Zähler (5 bzw. 7) darstellen, auf die Ausgänge (SZDbzv/. FZD) gelangen.