DE2739220A1

DE2739220A1 - Verfahren und vorrichtung zur erhoehung der starrheit von servosystemen fuer begrenzte frequenz

Info

Publication number: DE2739220A1
Application number: DE19772739220
Authority: DE
Inventors: Lance T Klinger
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1976-10-26
Filing date: 1977-08-31
Publication date: 1978-04-27
Also published as: CA1098194A; JPS5354673A; GB1587288A; US4139811A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Starrheit von Servosystemen für begrenzte Frequenz

Die Erfindung betrifft ein gedämpftes elektromechanisches Servosystem zweiter Ordnung sowie ein Verfahren zur Erhöhung der Starrheit eines elektromechanischen Servosystems ohne Beeinflussung des Dämpfungsfaktors oder der Eigenfrequenz, wobei das elektromechanisch^ Servosystem ein physikalisches Untersystem mit vorbestimmter Massenträgheit aufweist und das Untersystem von einer Antriebseinrichtung angetrieben wird, an deren Eingang der Ausgang einer Positions-Rückkopplungseinrichtung und einer Geschiuindigkeits-Rückkopplungseinrichtung angelegt werden.

Rlagnetplattenantriebe erfordern, daß der Lese/Schreibkopf sehr genau einer sehr schmalen Datenspur auf der Platte folgt, während die Plattenoberfläche unter dem Kopf mit sehr hoher Geschwindigkeit durchläuft. Der Kopf wird auf der Spur zentriert gehalten durch ein Servosystem mit geschlossener Schleife, indem Abweichungen des Kopfes von der Spurmitte von einem Spurfehlerdetektor ermittelt werden (beispielsweise ein Detektor, wie er in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung Nr. vom , 1976 unter dem Titel VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUIKi EINFANGEN VON ItIAGNETSPUREN beschrieben ist, wo das Ausgangssignal als Positions-Rückkopplung zur Bewegung des Kopfes zurück zur Spurmitte verwendet wird). Die Stabilität des Kopfes um die Spurmitte herum wird erreicht, idem die Geschwindigkeit der Kopfbewegung mittels eines Tachometers gemessen wird und die Geschwindigkeitsangabe als dämpfende Geschwindigkeits-Rückkopplung verwendet wird. Das sich so ergebende System ist mathematisch ein gedämpftes System zweiter Ordnung.

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Unter den herrschenden Arbeitsbedingungen einer Vorrichtung in der Praxis unterliegt der Kopf ständig Störungskräften wie Verbindung, Vibration oder Reibung. Das Ausmaß, mit dem das Kopf-Servosystem gegenüber diesen Störungen unanfällig ist, ist als Starrheit des Systems bekannt. Hei einem herkömmlichen gedämpften System zweiter Urdnunq werden Positions- und Geschwindigkeitsstarrhei t durch Handbreite, Massenträqhei t (oder Masse) und Dämpfung festgelegt, und die Beschlnunigungsstarrheit ist gleich der Massenträgheit der mechanischen Teile des Servosystems.

Die Eigenfreauenz eines Plattenantrieb-Positions-Servosystems muü in der Praxis begrpnzt werden, um die Erregung von mechanischen Resonanzen zu verhindern. Ulenn wirtschaftliche Gesichtspunkte zur Verwendung einer Betätigungsvorrichtung für niedrige Betriebsleistung zwingen, so ist die Rotations-Massenträgheit des lYlechanismus auf einen relativ niedrigen liiert begrenzt. Die Verwendung einer derartigen Rotations-Positionierungseinheit mit sehr geringer lYlassenträghei t, in Verbindung mit der ßingeschrrinkten Bandbreite, die in mechanischen Systemen zwangsläufig nur erlaubt ist, setzt die erreichbare Starrheit in einem geeignet gedämpften stabilen System zweiter Ordnung auf einen unannehmbar niedrigen Wert herab.

Bei den bekannten Antrieben tritt nicht die Schwierigkeit der Beschränkung der Starrheit auf, weil bei diesen lineare Positionierungseinrichtungen mit zwangsläufig großer Masse, die sehr hohe Einangsleistungen benötigen, verwendet werden. Um den Preis einer Positionierungseinrichtung für hohe Betriebsleistung wird gewöhnlich eine weit ausreichende Starrheit durch die Masse der Betätigungsvorrichtung und Belastung ermöglicht. Ferner u/urden beim Stand der Technik in manchen Fällen zwei spezielle Verfahren verwendet, die nicht zu verwechseln sind mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung, weil durch sie nicht dasselbe Ergebnis erreicht wird. Nach dem ersten Verfahren wird das Zeitintegral des Positionsfehlers zu dem System zurückgeführt. Dies ergibt ein System dritter Ordnung mit erhöhter Starrheit bei

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niedrigen Freciuenzen; es kann jedoch keine Starrheit, bis zur Eigenfreciuenz des Systems zweiter Ordnung gewährleistet aerder, und ziuar aus Stabi litätserf ordernissen. Hei dem zweiten bekannten Verfahren wird eine Stromrückkopplur.g ausgehend von der Betätigungseinrichtung verwendet, weiche mit der Beschleunigung in Beziehung steht. Durch diese Technik kann die Auswirkung der Zeitkonstante der Betätigungsvorrichtung bzw. Positionierungi*- Rinrichtung reduziert, werden, nicht jodoch eine verbesserte Starrheit erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist rs daher, ein Verfahren und eine Ein-* richtung zur Erhöhung der Starrheit eines gedämpften Servosystems zweiter Ordnung mit sehr geringer Rotations-ftiaspenträg— heit bzw. Drehwucht zu schaffen, bei denen das Ansprechen auf Befehlssignale, der Dämpfungsfaktor und die Eigenfrequenz nicht in bedeutender Weise beeinflußt werden. Dies soll mittels einet Beschleunigungs-Rückkopplungsschleife zusätzlich zu den Positions- und Geschwindigkeits-Rückkopplungsschleifen, die normalerweise in gedämpften Servosystemen zweiter Ordnung vorgesehen sind, erreicht werden. Ferner soll die Beziehung zwischen einer Verstärkungszunahme des Betätigungsantriebs und der Verstärkung der Beschleunigungs-Rückkopplungsschaltung vorgeschrieben werden, wodurch eine wählbare, vielfältige Erhöhung der Starrheit ohne jegliche Auswirkung auf das Ansprechen auf Steuerbefehle, auf Dämpfung oder auf Eigenfreauenz für irgendein gegebenes mechanisches Untersystem eines elektromechanischen Servosystems erreicht wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein gedämpftes elektromechanisches Servosystem zweiter Ordnung, das gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch eine Beschleunigungs-Rückkopplungseinriehtung, die so ausgebildet bzw. angeordnet ist, daß sie ein Beschleunigungs-Rückkopplungssignal erzeugt, das der Antriebseinrichtung zugeführt wird, wobei das Beschleunigungs-Rückkopplungssignal proportional der Beschleunigungskomporente der Verschiebungsbewegung des Untersystems ist und die effektive Verstärkung

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der Be se hlPunigungs-Rüc kopplungseinrichtung

J X-1

a " K_n X

Oo

ist, luorin J die Massenträgheit des physikalischen Untersystems, K_n die effektive Verstärkung der Antriebseinrichtung, K_Q der Wert von K₀, bei dem das Servosystem gewünschte liierte für Dämpfung und Eigenfrenuenz bei Abwesenheit der Beschleunigungs-Rückkopplungseinrichtung besitzt, und X der Faktor ist, um den K_n gegenüber K_n vergrößert werden muü, damit eine gewünschte Positionsstarrheit des Servosystems erzielt wird, ohne die effektive Ansprechzeit der Positions-Rückkopplungseinrich— tung zu verändern,wodurch die Starrheit um einen Faktor X erhöht wird, ohne den Dämpfungsfaktor oder die Eigenfrenuenz des Servosystsms zu verändern, und durch eine Einrichtung zum Anlegen des Beschleunigungs-Rückkopplungssignals an der Antriebseinrichtung .

Das Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist gemäG der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschleunigungs-Rückkopplungseinrichtung mit einem Ausgangssignal, das die Beschleunigung des physikalischen Untersystems darstellt, verwendet wird, wobei die Verstärkung der Beschleunigungs-Rückkopplungseinrichtung

^{a = K}Do ^X

ist, worin J die Massenträgheit des physikalischen Untersystems, K_n die effektive Verstärkung der Antriebseinrichtung, K« der U/ert von K_n, der gewünschte U/erte für Dämpfung und Eigenfreauenz des Servosystems bei Abwesenheit des Beschleunigungs-Rückkopplungssignals erzeugt, und X ein numerischer Faktor ist, um den K_n gegenüber K_Q vergrößert werden muß, um einen angestrebten Betrag für die Positionsstarrheit ohne Veränderung der Verstärkung der Positions-Rückkopplungseinrichtung zu erreichen und daß das Ausgangssignal der Beschleunigungs-Rückkopplungseinrichtung an den Eingang der Antriebseinrichtung angelegt wird.

Durch die Erfindung wird es also ermöglicht, einen Rotations-Positionierungsmechanismus mit niedriger Massenträgheit in gedämpften elektromechanischen Systemen zweiter Ordnung zu verwenden,

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beispielsweise in Plattenantrieb-Kopfpositiorierungssystemen, mit ausreichender Starrheit, indem zusätzliche Massenträgheit in dem System elektronisch simuliert uiird. Dies wird erreicht, indem zu den Positions- und Geschwindigkeits-Rückkopplungen der herkömmlichen gedämpften Systeme eine Beschleunigungs-Rückkopplung hinzugefügt wird. Wenn eine bestimmte mathematische Beziehung zwischen der Verstärkung der Beschleunigungs-Rückkopplungsschaltung und den anderen Systemparametern beibehalten wird, so kann die Starrheit um ein Vielfaches erhöht werden, ohne den Dämpfungsfaktor zu beeinflussen oder die Eingenfrequenz des Systems zu erhöhen. In der Praxis ermöglicht, die Erfindung, daß die angestrebte Positionsgenauigkeit bei bedeutender Absenkung der Kosten erzielt wird.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbfiispielen anhand der Figuren. Won den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung in Form eines Blockschaltbilds, das die Komponenten eines gemäß der Erfindung aufgebauten Servosystems zeigt:

Fig. 2 eine schematische Darstellung der elektromechanischen Verhältnisse oder Beziehungen in einem grundlegenden herkömmlichen gedämpften System zweiter Ordnung; und

Fig. 3 eine schematische Darstellung der elektromechanischen Beziehungen in einem grundlegenden gedämpften System zweiter Ordnung, das gemäß der Erfindung mit einer Beschleunigungs-Rückkopplung versehen ist.

Figur 1 zeigt in Blockform diejenigen Teile einer ITiagnetplatten-Antriebseinheit nach der Erfindung, die für die Arbeitsweise der Erfindung erheblich sind. Ein Kopf 10 kann über irgendeiner aus einer großen Anzahl von lYlagnetspuren, die auf der Platte 12 aufgezeichnet sind, ausgerichtet werden. UJie im einzelnen in der gleichzeitig anhängenden Patentanmeldung Nr. vom ,1976

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unter dem Titel UERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUHiI AUFFINDEN WON IYIAGNETSPUREN beschrieben ist, trägt die Platte bestimmte magnetische Positionsanzeigen, die bei Abtastung durch den Kopf 10 einem Fehlerdetektor 14 zugesendet werden,/ bewirken, daß der Fehlerdetektor einem Addierereingang 15 eine algebraische Positionsspannung V zuführt, deren Höhe proportional der Verschiebung des Kopfes aus der Mitte der Spur ist, welcher der Kopf 10 folgt, und deren Vorzeichen die Richtung der Verschiebung aus der Spurmitte anzeigt. Die Arbeitsweise eines geeigneten Fehlerdetektors 14 ist im einzelnen in der vorstehend genannten gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung beschrieben.

Der Kopf 10, Antrieb 16 und ein Tachometer 18 bilden gemeinsam ein mechanisches Untersystem 20, das eine bekannte physikalische (Hasse und folglich eine bekannte Drehiuucht aufweist. Das elektrische Ausgangssignal des Treibers 22 für den Antrieb wird vom Antrieb 16 (bei dem es sich um einen kreisförmigen Sprechspulenantrieb ohne bevorzugte Position handelt) in ein physikalisches Drehmoment umgesetzt, das auf das Untersystem 20 einwirkt. Zusätzlich zu diesem beabsichtigten bzw. befohlenen Drehmoment unterliegt, das Untersystem 20 Störungsdrehmomenten aus verschiedenen Quellen, beispielsweise Verwindung, Reibung und Vibration. Die kombinierte Anwendung all dieser Drehmomente ergibt eine physikalische Verschiebung des Kopfes aus der Spurmitte, (lliinkelsymbol Q für den Kopf außer Spurmitte. Das UJinkelsymbol θ wird in dieser Beschreibung verwendet, weil die Erfindung besonders nützlich bei Plattenantrieben ist, in denen der Kopf auf einem Schwenkarm montiert ist, von ähnlicher Form wie der Tonarm eines Plattenspielers, der sich über die Platte bewegt.)

Das Tachometer 18 erzeugt ein elektrisches Ausganssignal, dessen Amplitude proportional der Winkelgeschwindigkeit des Antriebs 16 ist und dessen Vorzeichen den Drehsinn des Antriebs anzeigt. Das Geschwindigkeitssignal wird in einem Geschwindigkeits-Verstärker 24 verstärkt, um eine algebraische Geschwindigkeits-Spannung V an einem Addierereingang 26 zu erzeugen. Die Spannungen V und V an den Eingängen 15 und 26 bilden die Positions-

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bzw. Geschwindigkeits-Rückkopplung des Servosystems in Figur 1. Sie werden mit negativem Vorzeichen addiert durch Addierer 28_r dessen Ausgangssignal das Korrektursignal V . ist, welches an den Treiber 22 des Servoantriebs angelegt wird.

Der positive Eingang 30 des Addierers 26 empfangt eine BefehlS-spannung V . In der Praxis ist das Befehlssignal V nur vorhan*- den, u/enn der Kopf 10 zu einer anderen Spur bewegt werden soll. In diesem Falle wird eine Befehlsspannung V mit geeignetem V/orzeichen und geeigneter Amplitude verwendet, um dem System 20 eine ausreichende Verschiebung θ aufzulegen, sodaß das System eine andere gewünschte Spur erfaßt, wie in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung Nr. vom , 1976 unter de» Titel WERFAHREN UND EINRICHTUNG ZU(IB AUSSUCHEN UON IKlAGNETSPURCi* sowie in der Patentanmeldung Nr. vom , 1976 unter dem Titel VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUR SPURVERFOLGUNG UON MAGNETSPUREN beschrieben ist. Bei der vorliegenden Erfindung: geht es jedoch nur um die Spurerfassungs- und Verfolgungsfunktion des Servosystems, d.h. die Funktion, durch welche es dem Kopf auf einer bestimmten ausgewählten Spur zentriert hält. Dabeiist

V null und kann folglich hier ignoriert werden.

So weit ist das beschriebene System von herkömmlicher Art. Gemäß der Erfindung wurde dem System nach Figur 1 jedoch eine Beschleunigungs-Rückkopplungsschleifβ hinzugefügt, um die Starrheit (d.h. den Widerstand gegenüber störenden Drehmomenten) des . physikalischen Systems 20 elektrisch zu erhöhen. Die Beschleunigungs-Rückkopplungsschleife besteht aus einem Differenzierglied 32 und einem Beschleunigungs-Verstärker 34. Das von dem Tachometer 18 erzeugte Geschwindigkeitssignal wird in dem Differen— zierglied 32 differenziert, um ein Beschleunigungssignal zu erzeugen, das von dem Beschleunigungs-Verstärker 34 verstärkt wird, sodaß am negativen Addierereingang 36 eine algebraische Beschleunigungs-Spannung V₃ erzeugt wird. Die Höhe der Spannung

V ist proportional dem resultierenden Beschleunigungs- oder a

Bremsdrehmoment, das auf das System 20 einwirkt, und das Vorzeichen der Spannung V₃ zeigt die Richtung an, in der das Drehmoment auf das System 20 einwirkt.

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Der Fehlerdetektor 14, der Treiber 22 des Servoantriebs, der Geschwindigkeits-Verstärker 24 und der Beschleunigungs—Verstärker 34 weisen jeweils eine einstellbare Verstärkung auf, die jeweils mit K , K_n, K bzw. K bezeichnet sind. In der folgenden Diskussion bezeichnet K die effektive Verstärkung der Positions-Rückkopplungsschaltung, d.h. das Verhältnis der Positions-Rückkopplungsspannung V zur Verschiebung des Kopfes 10 in Volt pro Radian bzu/. Uiinkelgrad; K_n bezeichnet, die effektive Verstärkung des Treibers für den Servoantrieb, d.h. das Verhältnis des am Untersystem 20 angelegten Befehls-Drehmoments zu

2 dem Ausgangssignal V_n des Addierers in den Einheiten 72 p.cm.See pro Volt (Unze-Zoll Sekunde pro Volt); K bezeichnet das Verhältnis der Geschiuindigkeits-Rückkopplungsspannung V zur Ver— Schiebungsgeschwindigkeit des Kopfes 10 in Volt pro Radian pro

Sekunde; und K bezeichnet die effektive Verstärkung der Bea

schleunigungs-Rückkopplungsschaltung, d.h. das Verhältnis der Beschleunigungs-Rückkopplungsspannung V zur Beschleunigung des Kopfes 10 in Volt pro Radian pro Sekunde .

Die Art und Weise, in der mit dem System nach Figur 1 eine große Erhöhung der Starrheit ohne Beeinflussung des Ansprochens auf Befehle, des Dämpfungsfaktors oder der Eigenfreauenz erzielt wird, wird am besten durch den nun folgenden Vergleich zwischen einem herkömmlichen gedämpften System zweiter Ordnung (Figur 2) und einem gedämpften oder Dämpfungssystem zweiter Ordnung mit ßeschleunigungs-Rückkopplung gemäß der Erfindung (Figur 3) deutlich.

In Figur 2 bezeichnet, das Bezugszeichen 110 ein befohlener-UJinkel-Eingangssignal V₈» das als Spannung ausgedrückt wird. Wie bereits erwähnt wurde, gilt V„ gleich null bei dar Anordnung nach Figur 1, da das dort gezeigte System dazu bestimmt ist, der Datenspur in Mittelstellung zu folgen, wobei das Ausgangssignal des Fehlerdetektors 14 null ist.

Der Verbindungspunkt 112 der schematischen Darstellung in Figur 2 kombiniert algebraisch die positive befohlener-Ulinkel-Spannung

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V~ mit den negativen Positions- und Geschwindigkeits-Rückkopplungsspannungen V und V . Die resultierende Spannung wird um einen Faktor K_Q verstärkt und durch den Treiber 22 des Servoantriebs (Figur 1) in ein Korrektur-Drehmoment T- umgesetzt. Der Verbindungspunkt 144 stellt schematisch die algebraische Kombination des Korrektur-Drehmoments T„ mit dem Störungs-Drehmoment T_n dar, beispielsweise Verbindung oder Vibration. Das kombinierte Drehmoment Tq wirkt auf das Untersystem 20 nach Figur 1 ein, in Figur 2 durch die mathematische Bezeichnung 1_? dargestellt, die ein physikalisches System zweiter Ordnung bezeichnet. Die Anwendung des kombinierten Drehmoments T_R an dem physikalischen System ergibt die tatsachliche Verschiebung des Untersystems 20 um einen tüinkel Θ. Bei dieser Diskussion ist 3 die tatsächliche Massenträgheit des Untersysteins 20, und s ist ein Operator, der bei der Berechnung der Übertragungsfunktion eingeht und das Freauenz- oder zeitliche Ansprechen auf einen Befehl sowie die Störungs-Empfindlichkeitsfunktion repräsentiert, welche das Frequenz- oder zeitliche Ansprechen auf ein Störungsdrehmoment darstellen. Für Berechnungen des Freauenzansprechens ist s gleich jui; für Berechnungen des zeitlichen Ansprechens ist s der Laplace-Operator.

Bei dem herkömmlichen gedämpften System nach Figur 2 werden eine Positions-Rückkopplung mit einer Gesamtverstärkung K und eine Geschwindigkeits-Rückkopplung mit einer effektiven Verstärkung K von der Bewegung des physikalischen Untersystems abgeleitet. Durch mathematische Ableitung, die dem Fachmann für Servoantriebe geläufig ist, kann gezeigt werden, daß mit diesen Parametern die Beziehungen gelten, die in Gleichungen (1) bis (7) von Tabelle I aufgeführt sind.

In Figur 3 ist eine Beschleunigungs-Rückkopplung mit einer

effektiven Verstärkung Ks zu dem System nach Figur 2 hinzugefügt, um eine negative Beschleunigungs-Rückkopplungsspannung M zu erzeugen, die an einer Verbindungsstelle 122 mit den Spannungen V_n, V und V kombiniert wird, mit dieser zusätzlichen * β ρ ν

Rückkopplungsschleife werden die Beziehungen der Gleichungen (1)

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bis (7) in Tabelle I zu denjenigen, die in Gleichungen (8) bis (14) in Tabelle I angegeben sind.

Es ist zu beachten, daß in beiden Systemen die PositionsstarrhRit (d.h. die Kraft, die erforderlich ist, um den Kopf um einen gegebenen Betrag aus der lYiittellage zu drücken) erhöht werden kann, indem entweder K„ oder K oder beide erhöht werden. Bei dem herkömmlichen gedämpften System nach Figur 2 u/ürde dies jedoch zu einer Erhöhung der Eigenfreauenz des Systems führen. Dips ist in der Praxis unerwünscht, und zwar wegen der Gefahr der Erregung von mechanischen Resonanzen. Wenn nicht eine Erhöhung von Kj-. an eine proportionale Erhöhung von K angepaßt wird, so wird ferner in gleicher Weise der Dämpfungsfaktor, der für optimale Arbeitsweise gerade unterhalb 1 bleiben muß, nachteilig beeinflußt. Das Freauenz- oder zeitliche Ansprechen des Systems sowohl auf Befehle als auch auf Störungen werden ebenfalls durch eine Zunahme von K_n und/oder K beeinflußt.

Bei dem System nach Figur 3 kann jedoch die Positionsstarrheit, um irgendeinen gewünschten Betrag X erhöht, werden, in vernünftigen Grenzen ohne Beeinflussung des Ansprechens auf Befehle, der Dämpfung oder der Eigenfrenuenz, indem einfach Kq um einen Faktor X vergrößert wird, sodaß

K₀ = XK_Q wird,

und wobei K zu

^Ka

gesetzt wird, worin K» der liiert von K_n ist, der in einem herkömmlichen gedämpften System mit derselben tatsächlichen Massenträgheit verwendet werden würde. Es ist ersichtlich, daß bei diesem Wert von K und einer X-fachen Zunahme von K_n der Faktor 3 4 K K_n unverändert in Gleichungen (8) bis (11) bleibt,

K_n im Vergleich zu Gleichungen (1) bis (4), trotz der X-fachen Erhöhung von K_n. Folglich werden bei dem System nach der Erfindung bei X-facher Zunahme von K_n gegenüber dem

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herkömmlichfin System und mit einer Beschleuniqungs-Rückkopplungsschleife mit geeigneter Einstellung von K nach obiger Angabe die folgenden Wirkungen beobachtet:

Freauenz— bziu. zeitliches Ansprechen auf Befehle:

keine Änderung

Freauenz- bziu. zeitliches Ansprechen auf Störungen:

geändert um einen Faktor γ

Dampfungsfaktor: keine änderung Eigenfrenuenz: keine Änderung Positionsstarrheit: X-fache Zunahme Geschwindigkeit ε-Starrheit: X—fache Zunahme Beschleunigungs-Starrheit:X-fache Zunahme.

In dem erfindungsgemäßen System uörd folglich die Starrheit um das X-fache erhöht, während gleichzeitig das Ansprechen des Systems auf Hochfreciuenz-Störunqen bis zu der Eigenf rer.uenz ω des Systems reduziert wird.

Seinem Wesen nach erlaubt es das System nach der Erfindung, die scheinbare Hflassenträgheit des physikalischen Untersystems zu erhöhen, ohne seine Masse zu vergrößern. Ausgedrückt als Reaktion des Untersystems 20 auf einen äuüeren Störeinfluß, ist diese Zunahme der scheinbaren Massenträgheit äußerst reell: uienn versucht luird, den Kopf 10 von Hand in einer gemäß der Erfindung aufgebauten Vorrichtung aus der Mitte zu drücken, so widersetzt es sich mit einer Kraft, die "X" mal größer ist als ohne die Beschleunigungs-Schleife. Folglich ermöglicht die Erfindung die Verwendung von kostengünstigen, leichtgeuiichtigen Positions-Antriebsmechanismen für Anwendungen bei begrenzter Frequenz, ohne Einschränkungen bei d?ir Starrheit hinnehmen zu müssen.

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PARAMETER

HERKÖMMLICHES GEDÄMPFTES SYSTEM SYSTEM 2. ORDNUNG (YIIT

(K

BESCHLEUNIGUNGS-RÜCKKOPPLUNG (K.

xk_Dq)

Freciuenz- bzui. zeitliches Ansprechen auf Wechselstrom oder plötzliche Befehle

TfT

κ^-) β²+ (K₁₁).

J 4 K K

*D

(k_v) s * K

Freauenz- bziu. zeitliches Ansprechen auf Uiechsel-

Q strom oder plötzliche

g; Störungen

(jr~) s² ♦ (κ_ν)β Λ κ

Dämpfungsfaktor

K

P -^

K 2

3+K_aK_D ' 4 K

1/2

(9)

(10)

Eigenf reciuenz

1/2

ο ν Κ / U \ K

1/2

Positionsstarrheit

^KD^Kp

Geschtuindigkeitsstarrheit

K_nK
D ν

Beschleunigungsstarrheit

³ * ^Ka^KD

Claims

Patentansprüche

., Gedämpftes elektromechanisches Servosystem zweiter Ordnung, mit einem physikalischen Untersystem mit vorbestimmter Massenträgheit, wobei das Untersystem in einer befohlenen Stellung durch ein Befehlsdrehmoment gehalten wird, das durch an eine Antriebseinrichtung angelegte Signale bestimmt wird, und aus dieser Position durch ein Störungsdrehmoment, verschoben wird, wobei das Servosystem Positions- und Verschiebungsgeschwindigkeit-Rückkopplungseinrichtungen enthält, die Positions- und Geschwindigkeits-Rückkopplungssignale erzeugen, welche an der Antriebseinrichtung angelegt werden, gekennzeichnet durch a) eine Beschleunigungs-Rückkopplungseinrichtung (32, 34), die so ausgebildet bzw. angeordnet ist, daß sie ein Beschleunigungs-Rückkopplungssignal erzeugt, das der Antriebseinrichtung (16) zugeführt wird, wobei das Beschleunigungs-Rückkopplungssignal proportional der Beschleunigungskomponente der Verschiebungsbewegung des Untersystems (20) ist und die effektive Verstärkung der Beschleunigungs-Rückkopplungseinrichtung j ^₁

a "" Do

ist, worin 3 die Massenträgheit des physikalischen Untersystems, Kq die effektive Verstärkung der Antriebseinrichtung, Kq der liiert von K_n, bei dem das Servosystem gewünschte Uferte für Dämpfung und Eigenfreauenz bei Abwesenheit der Beschleunigungs-Rückkopplungseinrichtung besitzt, und X der Faktor ist, um den K_n gegenüber K_Q vergrößert werden muß, damit eine gewünschte Positionsstarrheit des Servosystems erzielt wird, ohne die effektive Ansprechzeit der Positions-Rückkopplungseinrichtung zu verändern, wodurch die Starrheit um einen Faktor X erhöht wird, ohne den Dämpfungsfaktor oder die Eigen-

809817/0621 ■ ■] ν

freauenz des Servosystems zu verändern, und

b) eine Einrichtung (28) zum Anlegen des Beschleunigungs-Rückkopplungssignals an der Antriebseinrichtung (16).
2. Servosystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungs-Rückkopplungssignale (V , V , U) additiv kombiniert werden und ein gesamtes

P V α

negatives Rückkopplungs-Eingangssignal (V_n) für die Antriebseinrichtung (16) bilden.
3. Verfahren zur Erhöhung der Starrheit eines elektromechanischen Servosystems ohne Beeinflussung des Dämpfungsfaktors oder der Eigenfrequenz, wobei das Servosystem ein physikalisches Untersystem mit vorbestimmter Massenträgheit enthält und das Untersystem von einer Antriebseinrichtung angetrieben iuird, an deren Eingang das Ausgangssignal einer Positions-Rückkopplungseinrichtung und einer Geschwindigkeits-Rückkopplungseinrichtung angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Beschleunigungs-Rückkopplungseinrichtung mit einem Ausgangssignal, das die Beschleunigung des physikalischen Untersystems darstellt, verwendet wird, wobei die Verstärkung der

Be se hleunigungs-Rüc kopplungseinrichtung „ 3 X-1

ist, worin 3 die Massenträgheit des physikalischen Untersystems, K_n die effektive Verstärkung der Antriebseinrichtung, Kq der Wert von K_n, der gewünschte Werte für Dämpfung und Eigenfreauenz des Servosystems bei Abwesenheit des Beschleunigungs-Rückkopplungssignals erzeugt, und X ein numerischer Faktor ist, um den K_n gegenüber K_n vergrößert werden muß, um einen angestrebten Betrag für die Positionsstarrheit ohne Veränderung der Verstärkung der Positions-Rückkopplungseinrichtung zu erreichen, und

b) daß das Ausgangssignal der Beschleunigungs-Rückkopplungseinrichtung an den Eingang der Antriebseinrichtung angelegt wird.

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