DE2816780A1

DE2816780A1 - Verfahren und vorrichtung zum zeitoptimalen positionieren mindestens eines gegenstandes in eine gewuenschte zielposition

Info

Publication number: DE2816780A1
Application number: DE19782816780
Authority: DE
Inventors: Walter Meier; Marco Saglini
Original assignee: Agie Charmilles SA
Current assignee: Agie Charmilles SA
Priority date: 1977-09-08
Filing date: 1978-04-18
Publication date: 1979-03-22
Also published as: JPS5440988A; GB2005439A; US4229684A; IT7823072A0; SE7805547L; FR2402899A1; JPS5833564B2; IT1095987B

Description

DE 18M71

PATENTÄNWÄl T"' " ⁴ "

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SOTTHAiDSTR.81 ¹J^*

A. G. für industrielle Elektronik

AGIE Losone bei Locarno, 6616 Losone

(Schweiz)

Verfahren und Vorrichtung zum zeitoptimalen Positionieren mindestens eines Gegenstandes in eine gewünschte Zielposition

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zeitoptimalen Positionieren mindestens eines Gegenstandes in eine gewünschte Zielposition, wobei der Gegenstand unabhängig von der zurückzulegenden Wegstrecke ohne Ueberschwingen in die Zielposition gebracht wird.

Die bekannten Vorrichtungen zum mechanischen Positionieren mechanischer Elemente in peripheren Geräten von z.B. Bandspeichern, Plattenspeichern, Leseköpfen und Druckköpfen oder von numerisch gesteuerten Bewegungen bei Werkzeugmaschinen oder bei Zeichenmaschinen oder ähnlichen Anlagen bzw. Systemen wird angestrebt, dass die gewünschte Position zeitoptimal ohne Ueberschwingungen bzw. Einpendeln - um die gewünschte SOLL-Position und ohne Rücksicht auf den zurückzulegenden Positionierungsweg bzw. Restweg erreicht wird.

Ein bekanntes Verfahren bzw. eine bekannte Vorrichtung der Datenverarbeitungstechnik ist in der DT-OS 2 264 323 (Nixdorf

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Computer AG) beschrieben. Dies bekannte Verfahren wählt nicht die optimale Bremscharakteristik, sondern eine diese Bremscharakteristik schneidende Bremsgerade. Der eigentliche Vorgang des Bremsens bzw. des Positionierens des Gegenstandes erfolgt in stufenförmiger Annäherung zu der Bremsgeraden. Der Nachteil liegt darin, dass der Positionierungsvorgang nicht zeitoptimal stattfinden kann.

Eine weitere bekannte Vorrichtung ist in der DT-OS 2 334 (Siemens AG) beschrieben. In dieser bekannten Vorrichtung wird der Gegenstand durch mehrer Bremszyklen zum Stillstand gebracht. Ein Näherungsverfahren berechnet die Anzahl der Bremszyklen und deren zugehörigen Bremsstärke. Hierbei ist das Näherungsverfahren eine gewisse Annäherung an die ideale Bremscharakteristik. Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist darin begründet, dass wegen der mehrmaligen Bremsvorgänge bzw. Bremszyklen das Kriterium des zeitoptimalen Positionierens nicht erfüllt wird. Dies geht auch daraus hervor, dass die letzte Teilstrecke vor der gewünschten Position in einem sogenannten "Schleichgang" zurückgelegt wird.

Die Erfindung hat die Aufgabe, die Nachteile der bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen zu vermeiden. Die Erfindung positioniert den Gegenstand gemäss der theoretischen Bremscharakteristik und nicht in irgendeiner Annäherung an diese Bremscharakteristik wie es bei den bekannten Systemen der Fall ist. Ausserdem bezweckt die Erfindung die Positionierung entsprechend der Definition "zeitoptimaler Prozesse", d.h. der Betrag der zu begrenzenden Grosse wird auf einem Maximum gehalten und sein Vorzeichen darf sich während des gesamten Prozesses nur einmal ändern. Diese Definition ist in dem Buch "Rechengeräte in automatischen Systemen", Prof. Dr. A.A. Feldbaum (Moskau), Verlag R.Oldenbourg, München, 1962, Seite 193 beschrieben. Bei der Erfindung ist die zu begren-

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zende Grosse das maximale Drehmoment des Motors, der den zu positionierenden Gegenstand in seine Zielposition bringt. Das Vorzeichen dieses Drehmoments wird gemäss der Erfindung nur einmal während des Positionierungsvorgangs geändert.

Ferner bezweckt die Erfindung, dass der Gegenstand mit beliebig wählbaren, geregelten Geschwindigkeiten bewegt werden kann. Der zu positionierende Gegenstand kann als Lesekopf, Druckkopf in Speichern oder in peripheren Geräten der Datenverarbeitungstechnik oder als Schlitten bei Werkzeugmaschinen bzw. als Schreibgerät bei Zeichenmaschinen ausgebildet sein.

Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung durch dia Anordnung folgender Bauteile gekennzeichnet:

- ein Subtrahierer subtrahiert den TST-Wert der Position des Gegenstandes von einem SOLL-Wert der Position;

ein Auslesespeicher mit fest programmiertem Inhalt empfängt die Differenz der den IST-Wert und den SOLL-Wert repräsentierenden Signale als Adresse für die Speicherplätze des genannten Speichers und erzeugt auf seinen Ausgangslcil.ungen Signale, die dem Inhalt des durch die Adresse angesteuerten Speicherplatzes entsprechen, wobei die Ausgancjssignnle die SOLL-Geschwindigkeit des Positioniorungsprozesses und den Einsatzpunkt des Abbremsen^ repräsentieren;

- ein nachgeordneter Komparator empfängt die genannten SOLL-Wert-Signale aus dem Auslesespeicher und diejenigen Signale, welche die IST-Wert-Geschwindigknit des Gegenstandes darstellen und von einem Tachogenerator erzeugtwerden, wobei der Tachogenerator mechanisch an einem Antriobselement des zu positionierenden Gegenstandes nnqr>kuppelt ist, wobei der Komparator die beiden Goschwindig-

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keiten miteinander vergleicht und ein zweiwertiges Ausgangssignal erzeugt;

in einem Quadranten-Bereich-Identifikator werden das Komparator-Ausgangssignal mit dem Vorzeichen der IST-Geschwindigkeit und mit dem Vorzeichen des Positionsfehlers derart verknüpft, dass der Befehl zum Bremsen auf den Antrieb des Gegenstandes gegeben wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaubild einer Bremscharakteristik zur Erklärung des zeitoptimalen Positionierungsvorganges sowie für beliebige Eilgang-Geschwindigkeiten mit Selbstregeleffekt;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel in Blockdarstellung.

Die Fig. 1 zeigt eine Bremscharakteristik für einen zeitoptimalen Positionierungsprozess. Das Geschwindigkeit-Weg-Koordinatensystem enthält eine Abszisse mit der Geschwindigkeit ν (Winkelgeschwindigkeit oder translatorische Geschwindigkeit) und eine Ordinate mit dem Weg s. Die ideale Bremskurve 1 ergibt sich aus der Lösung der Bewegungs-Differentialgleichung erster Ordnung des Positionierungssystems. Diese Bremskurve kann als Parabel gemäss Fig. 1 oder als Superposition eines linearen Glieds und eines natürlichen logarithmischen Glieds einer mathematischen Gleichung gezeichnet werden. Dies hängt von der Steuerungsart des im Positionierungssystem verwendeten Antriebsmotors ab. Die parabelförmige Bremskurve 1 wird verwendet, wenn der elektrische Antriebsmotor stromgeregelt wird, d.h. wenn der Antriebsmotor ausserhalb der Zone zwischen den Kurven 1 und 6 einen konstanten und von seiner Drehzahl unabhängigen Strom erhält. Das gleiche gilt sinngemäss für einen elektrischen Linearmotor sowie für

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einen nicht elektrischen Motor, wie z.B. pneumatischer oder hydraulischer Motor. Die andere Form der Bremskurve 1 wird verwendet, wenn der elektrische Antriebsmotor spannungsgesteuert wird, das heisst, wenn der elektrische Antriebsmotor ausserhalb der Zone, die zwischen den Kurven 1 und 6 liegt, eine konstante und von der Drehzahl unabhängige Spannung erhält. Das gleiche gilt sinngemäss für einen elektrischen Linearmotor sowie für einen nicht elektrischen Motor, wie z.B. pneumatischer oder hydraulischer Motor.

Die ideale Bremskurve 1 der Fig. 1 mündet in den Ursprung 3 des Geschwindigkeits-Weg-Koordinatensystems. Um den Ursprung erstreckt sich das Zielgebiet 11, in das der Gegenstand positioniert werden soll. Dies wird später anhand von zwei Positionierprozessen näher erklärt. Die Kurven 8 und 6 ergeben sich durch eine Parallelverschiebung der gewählten Bremskurve 1 in Richtung der Abszisse ν um den Betrag Δν^ bzw. 2 Δν^. Der Betrag Δν^ ist bestimmt durch die auch bei beliebigen Eilgangsgeschwindigkeiten geforderte Stabilität des Positionierungssystems. Die Kurve 8 und der gewählte Betrag Δν^ werden in die Schaltung der Fig. 2 eingespeichert, was später näher beschrieben wird.

Die Kurven 1, 6, 8 sind in der Fig. 1 in den Quadranten II und IV gezeichnet. Sie können ohne weiteres in den Quadranten I und/oder III liegen. Für einen Positionierungsvorgang genügt vollkommen ein Quadrant des Geschwindigkeits-Weg-Koordinatensystems. In den Quadranten sind die Vorzeichen der Drehmomente des Motors., der den Gegenstand in das Ziel 3 transportieren soll, durch ein "+" oder "-" Zeichen in einem kreisförmigen Pfeil dargestellt. Die Kurve 8 trennt einen Quadranten in zwei Quadrantenbereiche mit unterschiedlichem Drehmoment, wie z.B. Ha, Hb oder IVa, IVb.

Der untere Teil der Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung gemäss

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den Schnittlinien C-C. Diese Schnittdarstellung zeigt an, dass das Drehmoment M des Antriebsmotors zwischen den Kurven 6 und 1 sich stetig von seinem maximalen Wert der einen Richtung (+M) zu seinem maximalen Wert der anderen Richtung (-M) ändert. Dies stellt eine vorteilhafte Erweiterung der in der Beschreibungseinleitung gegebenen Definition des konstanten und nur einmal sein Vorzeichen ändernden Drehmoments für zeitoptimale Prozesse dar.

Im folgenden werden anhand der Fig. 1 zwei Positionierungsvorgänge beschrieben. Es sei nun angenommen, dass der Gegenstand im Abstand S2 im Punkt 2 auf der Ordinate s sich befindet und zeitoptimal in den gewünschten Zielpunkt 3 gebracht werden soll. Die Anlage, welche diesen zeitoptimalen Positionierungsprozess durchführt, wird später anhand der Fig. 2 näher erläutert. Der Punkt 3 stellt den Ursprung (Origin) des Geschwindigkeits-Weg-Koordinatensystems der Fig. 1 dar. Der Antriebsmotor erhält nun das hunderprozentige bzw. maximale Beschleunigungsmoment M, so dass der Gegenstand vom Punkt 2 zum Schnittpunkt 5 mit der Kurve 6 gelangt. Die Bahnkurve, die der Gegenstand hierbei beschreibt, ist in der Fig. 1 eingezeichnet. Am Schnittpunkt 5 nimmt definitionsgemäss das maximale Drehmoment ab. Dies ist im unteren Teil der Fig. 1 in der Schnittdarstellung C-C gezeigt. Das Vorzeichen des Drehmoments bleibt weiterhin dasselbe. Dies ist im Quadrantenbereich IVb durch den kreisförmigen Pfeil mit dem "+"-Zeichen dargestellt. Die Geschwindigkeit ν nimmt in einem geringeren Mass zu als vorher. Der Weg s zur Zielposition 3 nimmt weiterhin ab. Der Gegenstand bewegt sich auf der Bahnkurve weiter und erreicht den Schnittpunkt 7 mit der Kurve 8. Die Kurve 8 zeigt die geometrischen Orte an, an denen das Drehmoment M des Antriebsmotors sein Vorzeichen ändert und den Wert Null hat. Der Antriebsmotor beginnt nun ein Bremsmoment zu entwickeln, dessen Wert sich entsprechend der Neigung zwischen den Kurven 6 und 1 ändert. Die Neigung

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im Schnittbild C-C ergibt sich aus der Gleichung

Der momentane Wert des Drehmoments in der Zone zwischen den Kurven 1 und 6 ist durch folgende Gleichung gegeben:

Mmotor = M -^- 2)

Infolge des bis zum maximalen bzw. hunderprozentigen Wert ansteigenden Mremsmoments M schwenkt der Gegenstand auf kürzestem Wege auf die ideale Bremskurve 1 ein und bewegt sich entlang dieser Bremskurve bis in den Zielpunkt 3. Die Fig. zeigt, dass der Gegenstand ab Punkt 7 den Wert seiner Geschwindigkeit ν verringert. Sie zeigt auch, dass die Zielposition 3 von einem Bereich 11 umgeben ist, dessen Ausdehung durch die Koordinatenabschnitte Avq und Asg des Geschwindigkeits-Weg-Koordinatensystems definiert ist. In diesem Bereich 11 arbeitet die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung der Fig. 2 in der Weise, dass der Antriebsmotor kein Drehmoment entwickelt. Der Wert Asq ist gleich oder kleiner als die gewünschte Positioniergenauigkeit. Der Wert A.VQ ist gleich oder kleiner dem doppelten Wert der gewünschten Geschwindigkeitsauflösung. Der Bereich 11 gewährleistet somit die Stabilität des Systems im Ziel 3. Der eben beschriebene Positioniervorgang im Quadranten IV, der in die beiden Quadrantenbereiche IVa und IVb wegen des Vorzeichens des Drehmoments eingeteilt wurde, betrifft einen Vorgang, bei dem der Gegenstand in eine bestimmte Richtung bewegt worden ist. Wenn der Gegenstand nun in eine entgegengesetzte Richtung positioniert werden soll, dann verläuft der Positioniervorgang im Quadranten II.

Der Quadrant II ist durch die Kurve 8 in die beiden Quadrantenbereiche Ha mit dem positiven Vorzeichen des Drehmoments M

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- JLl -

und in den Quadrantenbereich Hb mit dem negativen Vorzeichen des Drehmoments M unterteilt. Der Gegenstand, der sich im Punkt 12 im Abstand S3 vom Zielpunkt befindet, wird nun auf der eingezeichneten Bahnkurve in den Schnittpunkt mit der Kurve 6 bewegt. Das Drehmoment, welches im Quadrantenbereich Hb ein negatives Vorzeichen hat, bedeutet in diesem Fall eine Beschleunigung und nicht wie im Quadrantenbereich IVa eine Bremsung. Wenn der Gegenstand den Schnittpunkt 13 mit der Kurve 6 im Quadrantenbereich Hb erreicht hat, ändert sich der Betrag des Drehmoments. Das Vorzeichen des Drehmoments bleibt jedoch noch das gleiche. Der Gegenstand erreicht nun auf der Bahnkurve den nächsten Schnittpunkt 14 mit der Kurve 8. Die Geschwindigkeit ν nimmt auf diesem Wege noch zu. Die Entfernung s zum Zielpunkt 3 nimmt ab. Im Schnittpunkt 14 ändert das Drehmoment sein Vorzeichen, was im folgenden Quadrantenbereich Ha durch das Zeichen + dargestellt ist. Der Wert des Bremsmoments vergrössert sich wieder bis zu seinem maximalen Betrag. Die Geschwindigkeit ν nimmt entsprechend ab. Der Gegenstand schwenkt in möglichst kurzer Zeit auf die ideale Bremskurve 1 ein und bewegt sich entlang dieser bis in die Zielposition 3, welche sich im drehmomentenlosen Bereich 11 befindet. Die Koordinaten Δνο und ΔSq des Bereichs 11 sind bereits beim vorherigen Positionierbeispiel näher erläutert worden.

Die Fig. 2 zeigt die Schaltungsanordnung der erfindungsgemässen Steuervorrichtung für die zeitoptimale Positionierung eines Gegenstandes. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel soll der Gegenstand ein Schlitten sein, der bei einer Werkzeugmaschine (ausgehend von einer Position 2) in eine bestimmte Richtung zu einem Zielpunkt 3 transportiert werden soll. Es wird nun angenommen, dass der Werkzeugschlitten in der Position 2 der Fig. 1 sich befindet. Die Positionsvorgabe ist gemäss Fig. 2 in einem Speichermedium 10, z.B. Lochstreifen

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oder Magnetspeicher oder dergleichen, eingespeichert und wird als SOLL-Wert über die Leitungen 111 und 112 auf einen digitalen Subtrahierer 113 gegeben, welcher als Vorwärtszähler und Rückwärtszähler ausgebildet ist. üeber die Leitung 111 werden die SOLL-Impulse entsprechend dem SOLL-Weg und über die Leitung 112 die SOLL-Richtung der Bewegung des Gegenstandes auf den digitalen Subtrahierer 113 gegeben. Der Subtrahierer 113 hatte vorher einen Speicherinhalt Null. Nun ist sein Inhalt unterschiedlich vom Wert Null. Ein binäres Signal der Leitung 129, welches das Vorzeichen des Speicherinhaltes des Subtrahierers 113 darstellt und somit aussagt, ob der Gegenstand gemäss der Fig. 1 sich oberhalb (Quadranten I, II) oder unterhalb (Quadranten III, IV) der v-Abszisse befindet, gelangt in den ersten Eingang des Quadranten-Bereich-Identifikators 124. Der Subtrahierer 113 gibt über die n-bit-Leitung 114 seinen Inhalt, der den noch zurückzulegenden Weg S2 in die Zielposition 3 darstellt, als Adressen-Signale an den programmierbaren Auslesespeicher 115. Die Anzahl η der bits richtet sich nach der gewünschten Wegauflösung und nach der gewünschten maximalen Geschwindigkeit des Systems. In dem Beispiel der Fig. 2 handelt es sich um 8-bit-Leitungen. Der programmierbare Auslesespeicher (PROM) hat die Kurve 8 der Fig. 1 eingespeichert. Die digitalen Ausgangssignale des programmierbaren Auslesespeichers 115 gelangen in paralleler Form über die 8-bis-Leitung 116 auf den Geschwindigkeit-Komparator 117 und parallel hierzu auf den einen 8-bit-Eingang der Geschwindigkeit-Differenzstufe 118. Da in diesem Zustand der Motor 130 noch nicht in Bewegung gesetzt worden ist, gibt der Tacho-Generator 119, welcher auf der gleichen Welle 131 des Antriebsmotors 130 angeordnet ist, keine Spannung auf-den Tacho-Verstärker 120. Daher gelangt über die Leitung 121 kein Signal auf den Eingang des Analog-Digital-Konverters 122. Der Konverter 122 gibt über seine Ausgangsleitung 123 ein binäres Signal, welches das Vorzeichen der IST-Geschwindigkeit darstellt, auf den zweiten Eingang des Quadranten-Bereich-Identi-

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fikators 124. Da noch keine IST-Geschwindigkeit der Welle 131 und des Motors 130 vorhanden ist, hat der Zustand dieses Signals auf der Leitung 123 für das im Quadranten-Bereich-Identifikator 124 zu bildende Vorzeichen des Drehmomentes des Motors 130 noch keine Bedeutung. In diesem Fall gibt der Konverter 122 über die 8-bit-Leitung 125 ein den Betrag der IST-Geschwindigkeit darsgellendes Signal auf den Geschwindigkeits-Komparator 117. Dies Signal zeigt dem Geschwindigkeits-Komparator 117 an, dass Motor 130, Welle 131 und somit der zu positionierende Gegenstand noch keine IST-Geschwindigkeit haben. Ferner gibt der Konverter 122 parallel hierzu das Betrag-Signal auf den zweiten 8-bit-Eingang der Geschwindigkeits-Differenzstufe 118. Im Komparator 117 wird nun festgestellt, dass das Geschwindigkeits-SOLL-Signal aus dem Speicher 115 grosser ist als das Geschwindigkeits-IST-Signal aus dem Konverter 122. In diesem Fall gibt der Geschwindigkeits-Komparator 117 über die Leitung 126 ein binäres Signal auf den dritten Eingang des Quadranten-Bereich-Identifikators 124. Die drei binären Eingangssignale werden im Quadranten-Bereich-Identifikator 124 in der Weise miteinander logisch verknüpft, dass während des gesamten Positionierungsvorgangs das richtige bzw. gewünschte Vorzeichen des Drehmoments M des Motors 130 vorhanden ist. Das Ausgangssignal 14 0 gibt die Information in den Stromkreis 133, was später noch näher beschrieben wird. In der Geschwindigkeits-Dif ferenzstufe 118 ist nun festgestellt worden, dass das Geschwindigkeits-SOLL-Signal aus der 8-bis-Leitung 116 (aus dem PROM 115) grosser ist als das Geschwindigkeits-IST-Signal aus der 8-bit-Leitung 125 (Konverter 122). Das Ausgangssignal dieser Differenzstufe 118, welches mit A ^Winkelgeschwindigkeit) oder mit Δν (translatorische Geschwindigkeit) bezeichnet wird, gelangt über die 8-bit-Leitung 127 auf den Tastverhältnis-Modulator (Duty-Cycle-Modulator) 128. Der Modulator 128 erzeugt auf der Leitung 141 ein digitales Signal mit

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konstanter Frequenz, konstanter Amplitude und mit variablem Tastverhältnis. Das Tastverhältnis richtet sich nach der Gleichung

· 100% 3)

Diese Gleichung 3) gilt für den Fall, dass Av

Für den Fall, dass Δν ^, Δνχ ist, beträgt das Tastverhältnis 100%. In diesem Fall gilt die Gleichung 3) nicht.

Im Modulator 128 ist der feste und gewünschte Wert Δν^ festgelegt. Dies geht aus der Fig. 2 eindeutig hervor.

Zur Komplettierung der Einstellung der in Fig. 2 gezeigten Schaltung gehört auch die Festlegung des Zielbereiches 11 mit seinen Werten Asg und Av₀ (Fig. 1). Der gewünschte Wert Asq, welcher der doppelten Positioniergenaugikeit entspricht, wird in den Komparator 144 als ——& eingegeben. Solange der Inhalt des Subtrahierers 113 grosser ist als der eingegebene Wert r^^s.Q, gibt der Komparator 144 auf seiner Ausgangsleitung 147 ein logisch "0"-Signal. Wenn der Inhalt des Subtrahierers 113 gleich bzw. kleiner als der eingegebene Wert ^^s0 ist, erzeugt der Komparator 14 4 auf seiner Ausgangsleitung 147 ein logisch "1"-Signal. In den Komparator wird der den Zielbereich 11 definierende, zweite Parameter ^W der den doppelten Wert der Geschwindigkeits-Auflösung darstellt, als P. eingegeben. Solange die Impulse der Geschwindigkeit aus dem Analog-Digital-Konverter 122 der IST-Geschwindigkeit der Welle 131 grosser sind als der eingegebene Wert ^v° _f gibt der Komparator 145 auf seiner Ausgangsleitung 14 8 ein logisch "0"-Signal. Wenn die Geschwindigkeit aus dem Analog-Digital-Konverter 122 über Leitung 125 gleich oder kleiner ist als der eingegebene Wert ±~Ϊ5, erzeugt der Komparator 145 auf seiner Ausgangsleitung 148 ein logisch "1"-

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Signal. In diesem Fall liegen auf den beiden Leitungen 14 7 und 148 logisch "Ι''-Signale. Das UND-Tor 146 gibt auf Leitung 149 ein Ausgangssignal in die Steuerschaltung 133, so dass der Motor 130 über die Schaltung 132 stromlos wird. Dies bedeutet drehmomentloser Zustand.

Zur besseren Erklärung der in der Fig. 2 gezeigten Schaltungsanlage sei nun angenommen, dass der Positioniervorgang im Quadranten IV der Fig. 1 vorgenommen werden soll. Der Quadranten-Bereich-Identifikator 124 hat über Leitung 123 bereits das IST-Signal für die Richtung der Geschwindigkeit aus dem Analog-Digital-Konverter 122 empfangen, was auch dann als ein binäres Signal vorhanden ist, wenn der Betrag der Geschwindigkeit noch Null ist. Ferner erhält der Quadranten-Bereich-Identifikator 124 aus dem Komparator 117 über die Leitung 126 das binäre Signal, welches angibt, ob die SOLL-Geschwindigkeit grosser oder nicht grosser als die IST-Geschwindigkeit ist. Aus diesen drei Signalen der Leitungen 123, 126, 129 erzeugt der Quadranten-Bereich-Identifikator 124 ein Ausgangssignal auf der Leitung 14 0, durch welches das Vorzeichen des Drehmoments des Motors 130 bestimmt ist. Der Schalter-Selektor 133 wirkt über die Leitungen 142 und 143 auf die Steuerung 132. Durch Schliessen des entsprechenden Schalters in der Steuerung 132 empfängt der Motor 130 das Drehmoment mit dem gewünschten Vorzeichen, z.B. "+" (Quadranten-Bereich IVb, Fig. 1). Der Motor 130 empfängt nun sofort das maximale, hunderprozentige Drehmoment M. Mit Beginn der Bewegung des Gegenstandes aus dem Punkt 2 der Fig. 1 erzeugt der Tacho-Generator 119 (Fig. 2) eine der Geschwindigkeit ν des Motors 130 proportionale Spannung und gibt sie auf den Tachoverstärker 120. Dies analoge Ausgangssignal des Tachoverstärkers 120 gelangt über die Leitung 121 auf den Analog-

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- ie -

Digital-Konverter 122. Dieser gibt nun digitale Signale über die sich vergrössernde IST-Geschwindigkeit auf die Leitungen

123 und 125. Der Gegenstand bewegt sich von Punkt 2 zum Punkt 5 der Fig. 1. Der Geschwindigkeits-Komparator 117, der die SOLL- und IST-Geschwindigkeitssignale in den 8-bit-Leitungen 116, 125 vergleicht, ändert sein Ausgangssignal auf der Leitung 126 in dem Augenblick, wenn der Wert der IST-Geschwindigkeit gleich oder grosser der SOLL-Geschwindigkeit ist. Dies Ergebnis tritt ein, wenn der Gegenstand sich im Punkt 7 der Fig. 2 befindet. Infolge des geänderten Signals der Leitung 126 gibt der Quadranten-Bereich-Identifikator

124 über seine Ausgangsleitung 140 ein Signal auf den Schalter-Selektor 133, welches Signal dem Selektor den Befehl erteilt, das Vorzeichen des Drehmoments M für den Motor 130 zu wechseln. Im Steuergerät 132 werden die bisher geschlossenen elektronischen Schalter geöffnet und die bisher geöffneten elektronischen Schalter geschlossen. Die Signale der Leitungen 123 und 129 ändern sich nicht, da das Vorzeichen der Geschwindigkeit ν (Leitung 123) und das Vorzeichen des Restes des Weges s bis zum Ziel 3 (Leitung 129) sich nicht ändern. Infolge des nun bremsend wirkenden Drehmoments nehmen Geschwindigkeit ν und Restweg s gemäss Kurve der Fig. 1 ab. Sobald der Gegenstand in den Bereich 11 gelangt, geben die Komparatoren 144 und 145 ihre logisch "1"-Signale auf den Leitungen 147 und 148. Infolge der beiden Signale erzeugt das UND-Tor 146 auf seiner Ausgangsleitung 14 9 ein Signal, welches die Steuerschaltung 133 so beeinflusst, dass die Schalter des Schalterselektors 132 geöffnet werden. Der Antriebsmotor 130 erhält keinen Strom mehr, so dass in dem Zielbereich 11 kein Drehmoment auf den zu positionierenden Gegenstand gegeben wird.

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Leerseife

Claims

NfM M(JBER ^ " BE 18M71 lNLR PR|£TSCw OTTHARDSTJ?.8t 18,APn) PATENTANSPRUECHE .- , .

1.)Verfahren zum zeitoptimalen Positionieren mindestens eines Gegenstandes in eine gewünschte Zielposition, wobei der Gegenstand unabhängig von der zurückzulegenden Wegstrecke ohne üeberschwingen in die Zielposition gebracht wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

das Drehmoment (M) eines den Gegenstand bewegenden Motors (130) wird

- in einem ersten Bereich (2, 5, 12, 13) durch erste Mittel (115, 117, 124, 132, 133) auf seinen maximalen Wert erhöht;

- in einem zweiten Bereich (5, 7, 13, 14) durch zweite Mittel (124, 128) wertmässig verändert und richtungsmässig konstant gehalten;

- in einem dritten Bereich (7, 9, 14, 15) durch das zweite Mittel (124, 128) wertmässig und richtungsmässig verändert;

- in einem Zielbereich (11), der die gewünschte Zielposition (3) mit einem bestimmten Abstand (Ävq, A.sq) umgibt, durch ein drittes Mittel (144, 145, 14 6) auf den Wert Null gesetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Speicher (115), der zum ersten Mittel gehört, eine der gewünschten Steuerungsart des Motors (130) entsprechende, nicht lineare Kennlinie (8) gespeichert wird.

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ORIGINAL INSPEGTED

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Stromkreis (128), der zum zweiten Mittel gehört, ein fester Geschwindigkeitswert (Δν^) , der die betragsmässige Aenderung des Drehmoments (M) im zweiten und dritten Bereich (5, 7", 13, 14; 7, 9, 14, 15) definiert, eingegeben wird, wobei der Stromkreis (128) in Abhängigkeit eines Eingangssignals (Δν) auf einer Leitung (127) , welches Eingangssignal eine Differenz zwischen der SOLL- und IST-Geschwindigkeit des zu positionierenden Gegenstands zu jeder Zeit darstellt, zusammen mit dem festen Geschwindigkeitswert (/W]J den augenblicklichen betragsmässigen Wert des Drehmoments (M) bemisst.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Definition der Geometrie des Zielbereichs (11) ein fester Geschwindigkeitswert (~~_9.) und ein fester Weg-

λ _ 2

wert (rr_y.) eingegeben wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung folgender Bauteile:

- ein Subtrahierer (113) subtrahiert den IST-Wert der Position des Gegenstandes von einem SOLL-Wert der Position;

- ein Auslesespeicher (115) mit fest programmiertem Inhalt empfängt die Differenz der den IST-Wert und den SOLL-Wert repräsentierenden Signale als Adresse für die Speicherplätze des genannten Speichers (115) und erzeugt auf seinen Ausgangsleitungen (116) Signale, die dem Inhalt des durch die Adresse angesteuerten Speicherplatzes entsprechen, wobei die Ausgangssignale die SOLL-Geschwindigkeit des Positionierungsprozesses repräsentieren;

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- ein nachgeordneter Komparator (117) empfängt die genannten SOLL-Wert-Signale aus dem Auslesespeicher (115) und diejenigen Signale, welche die IST-Wert-Geschwindigkeit des Gegenstandes darstellen und von einem Tachogenerator (119) erzeugt werden, wobei der Tachogenerator mechanisch an einem Antriebselement (131) des zu positionierenden Gegenstandes angekuppelt ist, wobei der Komparator (117) die beiden Geschwindigkeiten miteinander vergleicht und ein zweiwertiges Ausgangssignal (126) erzeugt;

- in einem Quadranten-Bereich-Identifikator (124) werden das Komparator-Ausgangssignal (126) mit dem Vorzeichen der IST-Geschwindigkeit und mit dem Vorzeichen des Inhaltes des Subtrahierers (113) derart verknüpft, so dass die Richtung des Drehmoments (M) des Motors (130) während des gesamten Positionierungsvorgangs (2, 5, 7, 9, 3 oder 12, 13, 14, 15, 3) bestimmt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslesespeicher (115) die Werte einer nicht linearen Kennlinie (8) gespeichert hat, welche Kennlinie der Steuerungsart des Motors (130) entspricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Quadranten-Bereich-Identifikator (124) zu jeder Zeit des Positionierungsvorgangs über die Position des Gegenstandes informiert ist in Abhängigkeit des Vorzeichensignals des bis zur Zielposition (3) noch zurückzulegenden Weges aus dem Subtrahierer (113), des Vorzeichensignals der IST-Geschwindigkeit aus dem Konverter (122) und des zweiwertigen Signals (Leitung 126) aus dem Komparator (117).

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