DE3026928A1 - Positionsregler mit rueckfuehrung fuer numerisch gesteuerte maschinen - Google Patents
Positionsregler mit rueckfuehrung fuer numerisch gesteuerte maschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Positionsregler mit Rückführung für numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen. Insbesondere ist
eine Regelung mit Rückführung vorgesehen, bei welcher ein Wandler an einem beweglichen Teil der Werkzeugmaschine funktionsmäßig
befestigt ist, der dann ein veränderliches Phasensignal als anteilgeführte Stellung des beweglichen Teils erzeugt.
Werkzeugmaschinen wie Fräs- und Bohrmaschinen, Drehmaschinen, Zeichenmaschinen, Kurvenschreiber und dergleichen können genau
durch numerische Steuerungen mit Anwendung der Regeltechnik gesteuert werden. Numerische Steuerungen geben normalerweise Befehle
an bewegliche Teile der Werkzeugmaschine in Abhängigkeit von Eingabedaten ab, die von einem Streifenleser oder von Hand
über ein Steuerpult eingegeben werden, messen die Iststellung des beweglichen Teils und korrigieren sowie fortschreiben laufend
den Befehl für das bewegliche Teil in einem Regelkreis. Erfindungsgemäß wird die Versetzung oder der Weg einer beliebigen
Zahl von beweglichen Teilen einer Werkzeugmaschine in einer geregelten Positionierung durch Messung der Phase des Rückführungssignals geregelt. Der Positionsregler mit Rückführung umfaßt
einen Rechner mit einem Befehlsgenerator zur Erzeugung des Positionierungsbefehls
für die Sollstellung des beweglichen Teils, und ein Rückführungswandler, beispielsweise ein Resolver, erzeugt
ein periodisches Rückführungsphasensignal für die Istversetzung des beweglichen Teils gegenüber der Periode der Re solverdrehung.
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Ein Rückführungssummensignal für die Gesamtversetzung oder den
Gesamtweg der einzelnen beweglichenTeile wird durch Addition der
Gesamtzahl der Resolverdrehungen oder der vollendeten Phasensignalperioden
in Verbindung mit der Phase des anliegenden Rückführungssignals erzeugt. Der Befehl und das Rückführungssignal
werden miteinander verglichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das die Werkzeugmaschine in die Sollstellung führt. Die Einrichtung
umfaßt auch einen Bezugssignalgeber, der einen sich periodisch wiederholenden Bezugsimpuls einer bestimmten Frequenz erzeugt,
sowie einen Zähler, der in Abhängigkeit von den einzelnen Bezugsimpulsen eine Echtzeitzählung für die Zeitspanne zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Bezugsimpulsen erzeugt. Ein sinusför-
miges Bezugssignal sowie ein sinusförmiges um 90 phasenverschobenes
oder Quadratursignal mit einer bestimmten Phasenbeziehung zu den Bezugsimpulsen liegen an den Statorwicklungen
eines bestimmten Resolvers an, um ein sinusförmiges Rückführungssignal zu erzeugen. Die Phase des vom sinusförmigen Bezugssignal
abhängigen Rückführungssignals wird durch Abgreifen der Nulldurchgänge
des Rückführungssignals (Ausgangssignal des Resolvers)
oder einer speziell erzeugten Rechteckwelle gewonnen. Programmunterbrechungen des Rechners werden bei jedem Nulldurchgang erzeugt.
Der Bezugszähler wird bei zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen (CA und C_) abgetastet, und der Inhalt des Bezugszählers, der den Zählungen C- und C_ entspricht, wird gespeichert.
Durch Addition der Zählungen C, bis Cß und Halbierung wird die
Stellung des Mittelpunktes der RückfÜhrungs-RechteckweHe eindeutig
bestimmt. Diese Daten geben die Stellung des bewegten Teils in Bezug auf eine bestimmte Periode des Phasenaignals an.
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Verdoppelt man nun die Periode des Bezugszählers gegenüber der Periode des Bezugssignals oder des um 90° versetzten Signals,
dann kann die Phase des Rückführungssignals eindeutig mit einer Frequenz von 1 pro Periode des Bezugszählers bestimmt werden.
Legt man außerdem fest, daß die maximale Zählung des Bezugszählers 2000 Zählschritten entspricht, wird die Phase des Rückführungssignals
auf einer Basis von O - 999 bestimmt, was einer Resolverdrehung von 0 " 10 bis 999 * 10~ einer Umdrehung entspricht.
Die Erfindung kann unter Verwendung von Einzelbausteinen oder auch im Rahmen eines Mehrzweckdigitalrechners wie eines
Mikroprozessors oder Miniaturrechners durchgeführt werden. Obwohl dies nicht erfindungswesentlich ist, wird gezeigt, daß die Erfindung
die Multiplexübertragung von vielen Rückführsignalen zur Regelung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine mit mehreren
beweglichen Achsen gestattet.
Ein Vorteil der Erfindung beruht darauf, daß die Phasendrehungsmessungen
nicht für eine Niederfrequenzdrift empfindlich sind. Diese Drift oder Abwanderung kann sich durch Änderungen der Null
des Nulldurchgangsdetektors ergeben. Außerdem weist die Erfindung eine hervorragende Unterdrückung von Netzfrequenzen durch
Abtastung der Rückführungssignale an den Punkten des Nulldurchgangs
auf. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Phase eines Rückführungssignals auf einfache und direkte Weise zu messen.
Erfindungsgemäß ist auch ein Positionsregler mit Rückführung vorgesehen, der eine starke Unterdrückung von Niederfrequenzdriften
aufweist.
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Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung
enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Positionsreglers mit Rückführung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer der erfindungsgemäßen Resolverpositionseinrichtungen,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer der erfindungsgemäßen Resolverpositionseinrichtungen,
Fig. 3 ein Kurvendiagramm der hauptsächlichen durch den erfindungsgemäßen
Rückführungsregler erzeugten Wellenformen, Fig. 4 die Auswirkung der NullverSchiebung des Nulldurchgangsdetektors
auf die Leistung der Anlage,
Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Durchführung der erfindungsgemäßen Phasenmessungen.
Fig. 1 zeigt eine numerische Steuerung 20 zur Positionierung mehrerer beweglicher Teile 34a - 34d einer Werkzeugmaschine 32.
Die Teile 34a - 34d bewegen sich auf vier gesteuerten Achsen der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine 32, nämlich auf den Achsen
X, Y, Z und w. Vor allem zeigt die Fig. 1 einenPositionsregler
mit Rückführung 20, der periphere numerische Steuergeräte 22, wie. eine Schalttafel oder einen Lochstreifenleser umfaßt, die an mehrere
Speicher 24a - 24d für Achsen-Positionierungsbefehle angeschlossen sind. Diese Speicher für Positionierungsbefehle können
nach dem US-Patent 3 701 888 ausgelegt sein, die Befehlsregister für 32 Bit umfassen, sowie eine Einrichtung zur Eingabe von Versetzungsbefehlen.
Das Ausgangssignal der Speicher 24a ~ 24d, d.h. die Stellungsbefehle werden einem Prozeßrechner 26 eingespeist.
Der Prozeßrechner 26 ist bekannt und verfügt über Multiplexmöglich
keiten zur seriellen Abtastung jedes der vier Eingangs8tellungs-
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befehle von den Speichern 24a - 24d, zur Summierung dieser Daten
mit den Multiplexrückführungsdaten auf den Leitungen 140 und 150 sowie zur seriellen Erzeugung der gewünschten Stellungsfehlersignale
auf den Leitungen 52a - 52d. Außerdem soll der Prozeßrechner 26 über Unterbrechungsmöglichkeiten verfügen. Die Stellungsfehlersignale
werden vom Prozeßrechner 26 der entsprechenden Achse der Werkzeugmaschine 32 über mehrere Digital-Analog-Umsetzer
3 0a - 3Od eingegeben. Es sei bemerkt, daß das Signal für den Iststellungsfehler
sowohl eine zeitabhängige Komponente als auch eine konstante Stellungsversetzung (P-Abweichung) enthalten kann,
um die endlichen Abmessungen der Schneidwerkzeuge der Werkzeugmaschine 32 zu kompensieren.
Die Stellungsdaten für die Achsen X, Y, Z und w werden von Rückführungssignalwandlern
4 0a - 4Od abgegriffen. Diese Rückführungswandler sind jeweils an ein bewegliches Teil 34a - 34d gekoppelt
und erzeugen ein im wesentlichen sinusförmiges Ausgangssignal, dessen Phase sich in Abhängigkeit von der mechanischen Stellung
des beweglichen Teils 34a - 34d oder des Werkzeugschlittens ändert. Die die Forderungen der Erfindung erfüllenden Rtickführungs-
oder
wandler umfassen Resolver^Inductosyns, die in der Technik allgemein
bekannt sind. Die Ausgangssignale der Rückführungswandler stellen Ruckführungsstellungssignale mit regelbarer Phase dar,
die an Leitungen 58a - 58d anstehen. Im wesentlichen sinusförmige Eingangssignale liegen an jedem Resolver von einem Resolverpositionsgerät
46 über Leitungen 60a - 6Od und 62a - 62d an. Die Eingangssignale auf den Leitungen 60a - 6Od stellen eine sich
periodisch ändernde Bezugswelle dar, während die Eingangssignale auf den Leitungen 62a - 62d ein gegenüber dem periodischen Bezugs-
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signal um 90 phasenverschobenes Signal darstellen. Die phasenregelbaren
oder phasenabhängigen Stellungsrückführungssignale werden im Resolverpositioniergerät 46 (Fig. 2) multiplex verarbeitet
und decodiert. Die Decodierung ergibt ein der Phase des Resolverausgangssignals proportionales Digitalsignal, welches
die Versetzung der beweglichen Teile 34a - 34d auf ihrer entsprechenden
Achse X, Y, Z und w bestimmt. Diese Digitalsignale gelangen an den Prozeßrechner 26, wo sie die Stellungsregelschleife
schließen. Der Prozeßrechner 26 und das Resolverpositioniergerät 46 werden von einem Taktgeber 5 0 gesteuert, der ein
eigener, vom Prozeßrechner 26 abgefragter Zähler sein kann.
Fig. 2 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild des Resolverpositioniergerätes
46.Seine Aufgaben sind (1) die einzelnen Wandler, d.h. die Resolver 40a - 4Od mit einem Bezugssignal sowie
einem um 90° versetzten Signal anzusteuern und (2) die Differenz der Phasenverschiebung zwischen dem Ausgangssignal des Resolvers
und dem Bezugs- oder dem Quadratursignal abzurufen. Ein Bezugszähler 70 erzeugt einen genauen 8MHz Taktimpuls sowie eine genaue
Echtzeitbasis für die Stellungsmessungen mit Rückführung. Der Bezugszähler 70 kann so ausgelegt sein, daß er periodisch von
Null bis 1999 zählt und ein Digitalwort für den laufenden Zählschritt abgibt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel entsprechen
2000 Zählschritte einer Periode von 250 ms oder einer Grunderregerfrequenz von 4 kHz. Der Bezugszähler kann auch ein Zählsignal
von niedrigerer Frequenz abgeben (siehe Leitung 152) , das zur Steuerung der Multiplexschaltung 84 dient. Das Ausgangssignal
des Bezugsschalters 70 gelangt an einen programmierbaren Sinuefestspeicher 72 (PROM 72) und an einen programmierbaren
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Cosinusfestspeicher 76 (PROM 76). Sowohl der Sinus- als auch der Cosinusfestspeicher 72 und 76 werden in Abhängigkeit von der
Größe des Bezugszählerausgangssignals adressiert. Das Ausgangssignal des Sinusfestspeichers 72 ist eine Sinuswelle, deren
Grundfrequenz das Doppelte der Grundfrequenz des Bezugszählers 70 ist. Auch das Ausgangssignal des Cosinusfestspeichers stellt
eine andere sinusförmige Bezugswelle mit gleicher Größe wie das Ausgangssignal des PROM 72 dar, das jedoch um 90° phasenverschoben
ist und das Quadratursignal erzeugt. Die Ausgangssignale
des Sinus- und Cosinusfestspeichers 72 und 74 gelangen an zugeordnete Digital-Analogumsetzer 78 und 80. Deren Ausgangssignale
liegen an der entsprechenden Statorwicklung des Resolvers 40a
über die Leitungen 60a und 62a an (wobei nur die Anschlüsse für den Resolver 40a gezeigt sind).
Die Kurven 1 bis 4 in Fig. 3 zeigen periodischen Bezugsimpulse des Zählers 70 (Kurve 1), die Summenzählung des Bezugszählers
(0-1999 in Zeile 2) sowie das Sinus- und das um 90° versetzte Signal in den Zeilen 3 und 4. Wie bereits erwähnt, sind die Rotoren
der einzelnen Resolver 40a - 4Od mechanisch an die zugeordneten beweglichen Teile 34a — 34d gekuppelt, so daß die Bewegung
eines jeden Teils eine entsprechende Bewegung des zugeordneten Resolvers 40a - 40b erzeugt. Dabei ist es von grundlegender
Bedeutung, daß durch Erregung der Statorwicklungen eines Resolvers mit einem Bezugs- und einem Quadratursignal eine sinusförmige
Ausgangswelle mit der gleichen Frequenz des Bezugs- oder Quadraturansteuerungssignals in die Rotorwicklung induziert wird,
das jedoch gegenüber dem Ansteuerungssignal im Verhältnis zur Drehung des Rotors phasenversetzt ist. Ein solches Resolver-
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ausgangssignal ist in Zeile 5, Fig. 3 gezeigt.
In Fig. 2 gelangt das Ausgangssignal des Resolvers 40a zu einem
Nulldurchgangsdetektor 82a. Dessen Ausgangs signal ist eine Reihe von Rechteckimpulsen und in Fig. 3, Zeile 6 dargestellt. Das
Ausgangssignal des Nulldurchgangsdetektors 82 wird dem Multiplexer
84 eingespeist. Dessen Ausgangssignal liegt an den Flipflops 86 und 88 an. Der Flipflop 86 erzeugt einen ünterbrechungswunschimpuls
bei der positiven Anstiegsflanke der einzelnen, vom Multiplexer 84 übertragenen Rechtecksausgangswellen. Auch
der Flipflop 88 erzeugt einen ünterbrechungswunschimpuls in Abhängigkeit
vom negativen übergang oder der Abstiegsflanke der
einzelnen Rechteckausgangsimpulse. Das als ünterbrechungssignal A bezeichnete Ausgangssignal des Flipflops 86 gelangt an den
Bezugszähler 70 und von dort zum Decodiergerät 90. Das Ünterbrechungssignal
A bewirkt, daß die anliegende Zählung C, im Bezugszähler an das Decodiergerät 90 übertragen und dort gespeichert
wird. Das als ünterbrechungssignal B bezeichnete Ausgangssignal des Flipflops 86 wird ebenfalls dem Decodiergerät 90
und dem Bezugszähler 7 0 eingespeist. Liegt das ünterbrechungssignal
B an, so bewirkt es, daß die vorhandene Zählung CR des Bezugszählers 70 ebenso an das Decodiergerät 90 übertragen und
dort gespeichert wird. Nach Eingang der Zählung C ,entsprechend dem DnterbrechungsSignaltakt B/addiert das Decodiergerät 90 die
Zählung beim ünterbrechungssignal A (C2.) zur Zählung bei dem
Unterbrechungssignal B(Cß) und teilt diese Summe durch einen
Faktor, beispielsweise den Faktor 2. Diese Zahl gelangt an den Prozeßrechner 26 über eine Leitung 140 und zeigt die Phase an,
die zwischen dem ansteigenden Nulldurchgang des Bezugssignals "
" 030067/0749
und dem Zeitpunkt vorhanden ist, der beim Auftreten des Maximalwertes
oder des Mittelpunktes des Resolverausgangssignals vorhanden ist. Andererseits kann diese Zahl eine Phasenverschiebung
darstellen, die zwischen dem ansteigenden Nulldurchgang des Bezugssignals und dem entsprechenden ansteigenden Nullsignal des Resolverausgangssignals
oder einem anderen entsprechenden Punkt im Bezugssignal oder im Quadratursignal vorhanden ist.
Die Kurven 5- 8 in Fig. 3 zeigen ein Beispiel eines erwarteten Resolverausgangssignals. Vor allem ist ein dem Eingangsbezugssignal
um 45 nacheilendes Resolverausgangssignal gezeigt. Die Zeile 6 zeigt das Ausgangssignal des Nulldurchgangsdetektors 82a,
das eine Rechteckwelle in Abhängigkeit von der Phase des Resolverausgangssignals
ist. Zeile oder Kurve 7 stellt das periodische Auftreten des Unterbrechungssignals A dar. Das erste Auftreten
des Unterbrechungssignals A entspricht einer Zählung von 124 im Bezugszähler 70. Außerdem ergibt sich, daß der im Bezugszähler
vorhandene Zählstand von 624 zum Zeitpunkt des Auftretens des Unterbrechungssignals B erreicht ist. Addiert man die Zählung Cft
zur Zählung C73 und halbiert man die Summe, so ergibt sich die
Phasenverschiebung, die zwischen dem Bezugssignal und dem Resolverausgangssignal
vorhanden ist, wenn dieses seinen Maximalwert erreicht. Fig. 3 zeigt ferner, daß eine Bezugszählung von 999
eine Phasenverschiebung um 360° und eine Phasenverschiebung von 9 0° durch eine Zählung von annähernd 25 0 dargestellt wird. Subtrahiert
man 249 vom Zählstand 374, so ergibt sich der gewünschte Phasenwinkel ψ , der eine Phasenverschiebung von 45° darstellt
und der Zählung von 124 entspricht.
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COPY
Die Zeilei 9 bis 12 der Fig. 3 zeigen ein zweites Beispiel für
ein Resolverausgangssignal. Hier eilt das Resolverausgangssignal
dem Bezugssignal um 45° vor. Daraus ergibt sich, daß das erfindungsgemäße
Verfahren der Phasenverschiebungsberechnung auch auf voreilende Phasenformen anwendbar ist.
Bei diesem Beispiel stellt das Ausgangssignal des Decodiergerätes 90 eine Zählung von 1124 dar, welche die Phasenlage am
Punkt A anzeigt. Eine Subtraktion von 250 Zählschritten kann dann dazu dienen, die Phasenberechnungen auf den negativen bis
positiven Nulldurchgang des Bezugssignals zu beziehen. Der verringerte Zählstand (1124 - 250) von 874 zeigt eine einem Phasenvoreilwinkel
von 45° entsprechende Phase an.
Wie bereits erwähnt, ist ein Vorteil der Erfindung, daß das Verfahren
des Abgreifens und der Berechnung der Phasenverschiebung nicht für Fehler empfindlich ist, die sich aus einer Nullpegelverschiebung
des Auagangssignals des Nulldurchgangsdetektors 82 ergeben. Dieser Vorteil ist in Fig. 4 dargestellt. Die Zeilen 1
- 5 der Fig. 4 sind Wellenformen der Zeilen 1, 5, 6, 7, 8 der Fig. 3, die hier zweckmäßigerweise wiederholt werden. Zeile 6,
Fig. 4 zeigt ein sinusförmiges Resolverausgangssignal mit einer überlagerten Nullkurve, die nach oben verschoben ist, um eine
unbekannte Verschiebung des Nullpunktes im Nulldurchgangsdetektor anzuzeigen. Diese Verschiebung des Nullpunktes im Nulldurchgangsdetektor
beeinflußt nicht die errechnete Phase des Resolverausgangssignal s. Die Größe des dem Unterbrechungssignal A entsprechenden
Zählstandes sowie die Größe des dem Unterbrechungssignal B entsprechenden Zählstandes differieren gegen die ent-
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sprechenden Zählungen, die vorhanden sind, wenn keine Verschiebung
des Nullpunktes im Nulldurchgangsdetektor auftritt. Da jedoch die Erfindung die Phasenverschiebungen zwischen den Mittelpunkten
des Resolverrückführungssignals oder im wesentlichen
zwischen den Mittelpunkten des Ausgangssignals des Nulldurchgangsdetektors bestimmen will, hat eine Verschiebung des Nullpunktes
im Nulldurchgangsdetektor keinen Einfluß auf die festgelegte Phase des Resolverausgangssignals«
Der Multiplexer 84 in den Fig. 1 und 2 kann ein bekanntes Gerät gemäß der Veröffentlichung im US-Patent 3 666 930 sein, das hier
ausdrücklich angezogen wird.
Außerdem sei bemerkt, daß der Multiplexer 84 nicht erfindungswesentlich
ist, sein Einbau in die Anlage jedoch einen größeren Wirkungsgrad der Maschinen- und Programmtechnik gestattet.
Fig. 5 zeigt die Ablaufdiagramme der Unterbrechungsdienstprogramme,
die zur Durchführung der im Decodiergerät 90 durchgeführten Rechnungen eingesetzt werden. Block 100 zeigt, daß in
Abhängigkeit eines vom Zähler 7 0 erzeugten Löschsignals alle Register im Gerät 90 gelöscht werden.
Liegt das Unterbrechungssignal A an, dann wird die Zählung im Bezugszähler 70 abgelesen und gespeichert (Block 102) und die
Steuerung der Anlage wird an das Betriebs- oder Rechenprogramm zurückgegeben. Liegt das Unterbrechungssignal B an, so wird der
Bezugszähler 70 ausgelesen (Block 106) , um die Zählung Cß zu er-
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mitteln. Die Zählungen C^ und Cß werden addiert (Block 108) und
die Summe kann halbiert und gespeichert werden (Block 110). Diese Rechnungen ergeben ein Signal, welches die Ausgangsphase zwischen
dem Resolverausgangssignal und dem Bezugseingangssignal
bestimmt.
Da die einzelnen beweglichen Teile 34 auf ihren Wegachsen verfahren
werden/ erzeugt ihr entsprechender Resolver ein wiederkehrendes, sinusförmiges Ausgangssignal, dessen Phase sich
periodisch von 0° bis 360° gegenüber einem entsprechenden Bezugspunkt in einem Bezugssignal verändert. Um den positiven
Anzeigebereich der Anlage 2 0 über eine Periode von Rückführungsdaten hinaus auszudehnen, um die Stellung im Gesamtwegbereich
der einzelnen beweglichen Teile 37a - 37d anzuzeigen, steht der Prozeßrechner 26 mit dem Bezugszähler 70 über eine Leitung 150
in Verbindung und unterhalt für jedes bewegliche Teil einen Umdrehungszähler, um die vollendeten Umdrehungen des entsprechenden
Resolvers 40a - d anzuzeigen. Fig. 5 zeigt ein Funktionsblockschaltbild dieses Vorgangs, der einen Teil des Unterbrechungsprogramms
B bildet. Der Rechner 26 greift eine vollendete Umdrehung ab, wenn die Zählung im Bezugszähler 70 für die Rückführungsphase
(Ausgang des Blocks 110) von 999 auf 0 wechselt oder in positiver Richtung eine vollendete Drehung angezeigt wird
(Block 120). Außerdem zeigt der Rechner 26 eine vollständige Umdrehung in negativer Richtung an (Block 13 0), wenn sich die
Rückführungsphasenzahl von 0 auf 999 ändert. Der Umdrehungszähler wird jeweils schrittweise erhöht oder entleert (Blöcke
122 und 132) , und die Steuerung wird an den Prozeßrechner zurück-
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gegeben. (Blöcke 124, 126, 136).
Außer den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind noch weitere möglich/ ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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IV-
Leerseite
Claims (6)
1.1 Positionsregler mit Rückführung zur Steuerung der Versetzung
von mindestens einem beweglichen Teil einer numerisch gesteuerten Maschine, die Wandler besitzt, welche in Abhängigkeit
von Ansteuerungssignalen mit den einzelnen beweglichen Teilen verbunden werden ,um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das
gegenüber den Ansteuerungssignalen eine periodisch wiederkehrende Phasenbeziehung aufweist, die auf die Versetzung von
mindestens einem beweglichen Teil bezogen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsregler folgende Bauteile
umfaßt:
Befehlssignalgeber (22, 24, 26) zur Erzeugung eines Befehls für die Sollstellung von mindestens einem beweglichen Teil (34),
eine Rückführungsschaltung (40, 70, 72, 74, 76, 78, 80) zur
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Erzeugung von RückführungsSignalen für die Bewegung von mindestens
einem Teil (34) , die folgende Schaltkreise umfaßt: Phasendetektoren (46, 84, 86, 88) zur Bestimmung der Phasenlage
des AusgangsSignaIs gegenüber einem bestimmten Bezugssignal· unabhängig vom Gleichspannungspegel des Ausgangssignals,
umsetzer (70, 86, 88, 90) zur Umsetzung der bestimmten Phase
in ein erstes Signal für die Bewegung von mindestens einem beweglichen Teil (34) während einer bestimmten Periode des
Ausgangssignals sowie
eine Vergleichsschaltung (26) zum Vergleich des Befehls mit dem Rückführungssignal sowie zur Erzeugung eines Fehlersignals,
um mindestens ein Teil (34) in die Sollstellung zu führen.
2. Positionsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung noch folgende Schaltungseinrichtungen umfaßt:
einen Abtaster für Bewegungsrichtungen (26) zur Erzeugung eines Summensignals für die Anzahl der vollständigen Perioden
des ersten Signals sowie eine Summiervorrichtung (10ΟΙ
34) zur Addierung des ersten Signals und des Summensignals für die Erzeugung des Rückführungspositioniersignals.
3ο Positionsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
er eine Signalformeinrichtung (82) umfaßt, um das Ausgangssignal
vor Einspeisung in den Phasendetektor (86) zu konditionieren und zu formen.
030067/0749
4. Positionsregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalformschaltung ein Nulldurchgangsdetektor (82) ist,
der in Abhängigkeit von den Nulldurchgängen des Ausgangssignals arbeitet.
5. Positionsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendetektor (46, 84, 86, 88) folgende Bausteine umfaßt:
einen Bezugszähler (7 0) zur Erzeugung eines wiederholten
Echtzeitsignals mit einer bestimmbaren Periode, Bezugsschaltungen (72, 78), die in Abhängigkeit vom Echtzeitsignal
ein periodisch wiederkehrendes erstes Bezugssignal erzeugen, um den Wandler (40) anzusteuern, dessen Periode auf die Periode
des Bezugszählers (70) bezogen ist und eine Schaltung
zur Erzeugung einer um 90 versetzten Spannung (74, 80),
die in Abhängigkeit vom Echtzeitsignal ein periodisch wiederkehrendes zweites Bezugssignal erzeugt um auch den Wandler (40) anzusteuern, wobei das zweite Bezugssignal dieselbe Frequenz wie das erste Bezugssignal besitzt, jedoch gegenüber diesem
phasenverschoben ist.
zur Erzeugung einer um 90 versetzten Spannung (74, 80),
die in Abhängigkeit vom Echtzeitsignal ein periodisch wiederkehrendes zweites Bezugssignal erzeugt um auch den Wandler (40) anzusteuern, wobei das zweite Bezugssignal dieselbe Frequenz wie das erste Bezugssignal besitzt, jedoch gegenüber diesem
phasenverschoben ist.
6. Positionsregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wiederholte Echtzeitsignal eine wiederkehrende Digitalzählung
ist sowie dadurch, daß der Phasendetektor folgende
Schaltungseinrichtungen umfaßt:
Schaltungseinrichtungen umfaßt:
eine erste Vorrichtung (86, 90), die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal
den Zählerstand im Bezugszähler (70) abtastet und eine erste Zahl entsprechend der Zählung bei Auftreten eines
ersten Nulldurchgangs des Ausgangssignals in einer bestimmten
0300S7/0749
Richtung speichert, eine zweite Vorrichtung (88, 9O)7 die in
Abhängigkeit vom nächsten Nulldurchgang des Ausgangssignals
den Zählerstand im Bezugszähler (70) abtastet und eine zweite Zahl entsprechend der Zählung im zweiten Bezugszähler (72)
beim nächsten Nulldurchgang speichert und schließlich eine dritte Vorrichtung (90) zur Erzeugung einer dritten Zahl, die
gleich ist der Summe der ersten und zweiten Zahl sowie zur Teilung der dritten Zahl durch einen Faktor, wobei die dritte
Zahl eine Anzeige für die Phasenbeziehung zwischen dem Ausgangssignal und den den Wandler (40) ansteuernden Signale
bietet.
7. Positionsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendetektor die folgende Bausteine umfaßt: einen Bezugszähler (70) zur Erzeugung einer wiederholten Echtzeitzählung
mit einer bestimmten Periode, einen Phasendetektor (46, 84, 86, 88), der in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Wandlers (40)
die Phasenbeziehung zwischen dem Ausgangssignal und den AnsteuerungsSignalen
für den Wandler (40) bestimmt, einen Nulldurchgan gdetektor (82, 86), der in Abhängigkeit von den Nulldurchgängen
des Ausgangssignals in einer bestimmten Richtung ein Anzeigesignal für den ersten Nulldurchgang in dieser bestimmten
Richtung erzeugt, der während einer bestimmten Zeitspanne des Anliegens der Ansteuerungssignale auftritt, einen
zweiten Nulldurchgangdetektor (82, 88), der in Abhängigkeit
vom Ausgangssignal ein zweites Signal bei Auftreten des nächsten Nulldurchgangs des Ausgangssignals erzeugt, eine
erste Einrichtung (90), die in Abhängigkeit vom zweiten Signal eine Summenzählung durch Addition zur gespeicherten
030067/0749
ersten Zählung und des Wertes des Zählbestandes im Bezugszähler (7 0) bei Auftreten des zweiten Signals erzeugt, sowie
einen Teiler (9 0), der die Summenzählung durch einen bestimmten Faktor dividiert, um eine Zahl für die Phasenbeziehung
zwischen einem bestimmten Punkt in den AnsteuerungsSignalen
und dem ersten Maximalwert des Ausgangssignals erzeugt, der
nach dem Anzeigesignal auftritt.
8. Positionsregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugszähler (70) eine Reihe von Bezugsimpulsen mit einer
bestimmten Beziehung zu den Nulldurchgängen der Ansteuerungssignale erzeugt.
9. Positionsregler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Beziehung des Bezugszählers (70) die Beibehaltung
einer Periode des Bezugszählers (70) umfaßt, die gleich ist der doppelten Periode der Ansteuerungssignale für den
Wandler (40).
10. Positionsregler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (26) eine Einrichtung zur Normalisierung
der Phase gegenüber dem Zeitpunkt des ersten Maximalwertes des Bezugssignals umfaßt, der nach dem ersten Signal anliegt,
um das Rückführungssignal für die Positionierung zu erzeugen.
11. Verfahren zur Bestimmung der Versetzung eines beweglichen
Teils einer numerisch gesteuerten Maschine mit einem Wandler, der an das Teil angekuppelt und mit diesem beweglich ist und
030067/0749
nachdem die Phase des Ausgangssignals des Wandlers auf die
Stellung des Teiles bezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Arbeitsgänge umfaßt:
11.1 Ansteuerung des Wandlers mit einem ersten periodischen
Bezugssignal· von bekannter Frequenz sowie Beaufschlagung des Wandlers mit einem zweiten gegenüber dem ersten
Bezugssignal phasenverschobenen Bezugssignal, um ein Ausgangssignal des Wandlers zu erzeugen,
11.2 Beginn einer Bezugszählung, deren Zählperiode jeweils
eines der Bezugssignale ist,
11.
3 Abgreifen des ersten positiven Nulldurchgangs des Wandlerausgangssignals
in einer bestimmten Richtung nach oder gleichzeitig mit dem Beginn der Bezugszählung,
11.
4 Speicherung des Wertes der Zählung im Bezugszähler entsprechend
dem ersten positiven Nulldurchgang in 11.3,
11.
5 Speicherung des Zählwertes im Bezugszähler entsprechend
dem nächsten Nulldurchgang des Resolverausgangssignals
und
11.
6 Bestimmung der Phase des Ausgangssignals durch Addition
der nach 11.4 und 11.5 gespeicherten Zählungen sowie
Halbierung dieser Addition.
12. verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zu
dem nach 11.6 festgelegten Parameter eine Zählung addiert wird, welche einer bestimmbaren Phasenverschiebung entspricht, um
die Phasenverschiebung des Ausgangssignals gegenüber einem festgelegten Punkt in der Wellenform der Ansteuerungsbezugsignale
des Wandlers zuzuordnen.
-7-
030067/07A9
Applications Claiming Priority (1)
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| US06/059,015 US4272818A (en) | 1979-07-19 | 1979-07-19 | Position feedback control system for a numerically controlled machine tool |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DYNAPATH SYSTEMS, INC., DETROIT, MICH., US |
|
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Representative=s name: HAUCK, H., DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING., 8000 MU |
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| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |