DE3243759A1 - Method and device for forming the angle and/or angular velocity of a converter-powered drive - Google Patents
Method and device for forming the angle and/or angular velocity of a converter-powered driveInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Einrichtung zur Bildung von WinkelMethod and device for forming angles
und/oder Winkelgeschwindigkeit eines stromrichtergespeisten Antriebes Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bildung von Winkel und/oder Winkelgeschwindigkeit eines stromrichtergespeisten Antriebes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Dabei kann die rotatorische Größe "Winkel" durch die translatorische Größe "Lage" und die rotatorische Größe "Winkelgeschwindigkeit" durch die translatorische Größe "Geschwindigkeit ersetzt werden.and / or angular speed of a converter-fed drive The invention relates to a method and apparatus for forming Angle and / or angular speed of a converter-fed drive according to the preamble of claim 1. The rotational variable "angle" can be the translational variable "position" and the rotary variable "angular velocity" replaced by the translational variable "speed".
Ein derartiges-Verfahren ist aus T. Ohmea, T. Matsuda, K. Kamiyama, M. Tachikawa, "A microprocessor-controlled high-accuracy wide-range speed regulator for motor drives", IEEE-IECI Proceedings, Nov. 1981, Seite 381 bis 386 bekannt.Such a method is from T. Ohmea, T. Matsuda, K. Kamiyama, M. Tachikawa, "A microprocessor-controlled high-accuracy wide-range speed regulator for motor drives ", IEEE-IECI Proceedings, Nov. 1981, pages 381 to 386.
Zur Messung der Winkelgeschwindigkeit aus den Pulsen eines Pulsgebers sind allgemein zwei Verfahren bekannt.For measuring the angular velocity from the pulses of a pulse generator two methods are generally known.
Ein erstes Verfahren beruht auf der Zählung der von einem Pulsgeber erzeugten Pulse innerhalb fest vorgegebener Meßzeiten. Das Zählergebnis ist proportional zur mittleren Geschwindigkeit des Antriebes während der Meßzeit, wobei jedoch bei niedrigeren Geschwindigkeiten sehr große relative Meßfehler auftreten. Antriebe, die nur mit derartigen Meßverfahren arbeiten, haben im unteren Drehzahlbereich ein sehr schlechtes Rundlaufverhalten.A first method is based on the counting of the one Pulse generators generate pulses within fixed measuring times. The counting result is proportional to the mean speed of the drive during the measuring time, however, very large relative measurement errors occur at lower speeds. Drives that only work with this type of measurement process are in the lower speed range very poor concentricity.
Ein zweites allgemein bekanntes Verfahren beruht auf der Messung der Zeit zwischen zwei vom Pulsgeber kommenden Pulsen. Dabei ist die Meßrate proportional zur Winkelgeschwindigkeit. Die Totzeit des Meßsystems wächst mit abnehmender Drehzahl, was bei niedrigen Drehzahlen zu unbefriedigendem Regelverhalten von Antrieben führt, die dieses Meßverfahren verwenden.A second well-known method is based on the measurement of the Time between two pulses coming from the pulse generator. The measuring rate is proportional to angular velocity. The dead time of the measuring system increases with decreasing speed, which leads to unsatisfactory control behavior of drives at low speeds, who use this measurement method.
Bei einem dritten Verfahren gemäß der eingangs erwähnten Literaturstelle werden die Geberimpulse während einer Meßzeit, die auf die Geberimpulse synchronisiert ist, gezählt. Bei niedrigeren Drehzahlen weist dieses Verfahren dieselben Nachteile wie das zweite Verfahren auf.In a third method according to the literature reference mentioned at the beginning the encoder pulses are synchronized to the encoder pulses during a measuring time is counted. This method has the same disadvantages at lower speeds like the second method on.
Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bildung von Winkel und/oder Winkelgeschwindigkeit eines stromrichtergespeisten Antriebes der eingangs genannten Art anzugeben, das in allen Betriebs punkten des Antriebes ein zufriedenstellendes Regelverhalten, insbesondere ein gutes Rundlaufverhalten ermöglicht.On this basis, the invention is based on the object of a method to form the angle and / or angular velocity of a converter-fed Specify drive of the type mentioned, which points in all operating points of the Drive a satisfactory control behavior, in particular a good concentricity behavior enables.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features characterized in claim 1 solved.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Abtastzeitpunkte von außen vor- gegeben werden können. Als Abtastzeitpunkte können beiX spielsweise die Zündzeitpunkte des Stromrichters herangezogen werden. Zu den beliebigen Abtastzeitpunkten werden die Werte für den Winkel und/oder die Winkelgeschwindigkeit stets mit großer Genauigkeit gebildet, insbesondere auch bei niedriger Drehzahl des Antriebes.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that the sampling times from outside can be given. as Sampling times can, for example, use the ignition times of the converter will. The values for the angle and / or the angular velocity is always formed with great accuracy, in particular also at low drive speed.
Dies ermöglicht einen guten Rundlauf des Antriebes und ein zufriedenstellendes Regelverhalten.This enables a good concentricity of the drive and a satisfactory one Control behavior.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention and a device for Implementation of the method according to the invention are characterized in the subclaims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.Embodiments of the invention are shown below with reference to the drawings explained.
Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Antriebs-Stromo richtereinspeisung, Fig. 2 eine lineare Extrapolation zur Bildung des in einem Abtastintervall auftretenden Winkels, Fig. 3 eine lineare Extrapolation zur Bildung des Winkels bei starker Reduktion der Winkelgeschwindigkeit, Fig. 4 eine Impulszähl- und Auswerteeinrichtung zur Bildung von Winkel bzw. Lage und/oder Winkelgeschwindigkeit bzw. Geschwindigkeit, Fig. 5 eine Variante zur Bildung der Winkelgeschwindigkeit.They show: FIG. 1 a basic circuit diagram of a drive current converter feed, 2 shows a linear extrapolation for the formation of that which occurs in a sampling interval Angle, Fig. 3 a linear extrapolation for the formation of the angle with a strong reduction the angular velocity, Fig. 4 a pulse counting and evaluating device for the formation of angle or position and / or angular velocity or speed, FIG. 5 a variant for the formation of the angular velocity.
In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild einer Antriebs-Stromrichtereinspeisung mit Winkel bzw. Winkelgeschwindigkeitserfassung dargestellt. Eine Gleichstrommaschine M wird über einen Stromrichter Str mit einer Gleichspannung Udc gespeist. Eingangsseitig wird der Stromrichter Str mit einer Wechselspannung Uac versorgt.In Fig. 1 is a basic circuit diagram of a drive converter feed shown with angle or angular velocity detection. A DC machine M is fed with a direct voltage Udc via a converter Str. Input side the converter Str is supplied with an alternating voltage Uac.
Die Gleichstrommaschine M ist über eine Welle mit einem Pulsgeber 1 verbunden. Bei Drehung der Maschine M bzw.The DC machine M is via a shaft with a pulse generator 1 connected. When turning the machine M resp.
der Scheibe des Pulsgebers 1 werden zwei um 900 versetzte Impulsketten PA(t), PB(t) vom Pulsgeber 1 an eine Impulszähl- und Auswerteeinrichtung IP abgegeben. Der Pulsgeber 1 weist eine feste Anzahl von Winkelinkrementen t 1 auf, das mittlere Winkelinkrement ist mit ti bezeichnet.the disk of the pulse generator 1 are two pulse chains offset by 900 PA (t), PB (t) issued by the pulse generator 1 to a pulse counting and evaluation device IP. The pulse generator 1 has a fixed number of angle increments t 1, the middle one Angular increment is denoted by ti.
Die Impulszähl- und Auswerteeinrichtung IP wertet die ankommenden Impulsketten aus und gibt einen entsprechenden Winkel (bzw. Lage) # bzw. #(k) und eine entsprechende Winkelgeschwindigkeit (bzw. Geschwindigkeit) CJ bzw. CJ (k) an eine Regel- und Steuereinrichtung RS ab.The pulse counting and evaluation device IP evaluates the incoming Pulse chains and outputs a corresponding angle (or position) # or # (k) and a corresponding angular velocity (or velocity) CJ or CJ (k) a regulating and control device RS.
Die Regel- und Steuereinrichtung RS empfängt weitere Regel- oder Meßgrößen X vom Stromrichter Str sowie FührungsgröAen W und gibt entsprechende Zündimpulse Z an den Stromrichter Str ab.The regulating and control device RS receives further regulating or measured variables X from the converter Str as well as command values W and gives corresponding ignition pulses Z to the converter Str.
Nachfolgend werden die Impulszähl- und Auswerteeinrichtung IP selbst sowie die zur genauen Bestimmung von Winkel (bzw. Lage) und/oder Winkelgeschwindigkeit (bzw.The pulse counting and evaluation device IP itself is described below as well as those for the precise determination of the angle (or position) and / or angular velocity (respectively.
Geschwindigkeit) verwendeten Extrapolationsverfahren beschrieben.Speed).
In Fig. 2 ist ein einfaches Ausführungsbeispiel für eine lineare Extrapolation zur Bildung des in einem Abtastintervail auftretenden Winkels dargestellt. Mit k ist dabei die laufende Nummer eines kbtastintervalles bezeichnet. Das Abtastintervall mit der Nummer k hat die Dauer tz(k), das Abtastintervall mit der Nummer k+1 hat die Dauer tz(k+l) usw.. Die Grenzen des Abtastintervalles sind durch die Pulse I(tz) markiert, d.h. bei jedem Auftreten eines Pulses I(tz) (= Abtastzeitpunkt) beginnt ein neues Abtastintervall. Im gewählten Beispiel treten im k-ten Abtastintervall n (k) = 3 Geberimpulse P(t) des mit dem Antrieb über eine Welle verbundenen Pulsgebers 1 auf, wobei für das Extrapolationsbeispiel gemäß Fig. 2 vorausgesetzt wird, daß n(k)> O.In Fig. 2 is a simple embodiment for a linear extrapolation for the formation of the angle occurring in a scanning interval. With K is the consecutive number of a sampling interval. The sampling interval with the number k has the duration tz (k), the sampling interval with the number k + 1 the duration tz (k + l) etc. The limits of the sampling interval are indicated by the pulses I (tz) marked, i.e. begins with each occurrence of a pulse I (tz) (= sampling time) a new sampling interval. In the example chosen, occur in the k-th sampling interval n (k) = 3 encoder pulses P (t) des with the drive via a shaft connected pulse generator 1, wherein for the extrapolation example according to FIG it is assumed that n (k)> O.
Bei jedem auftretenden Geberimpuls P(t) erhöht sich ein Linienzug #(t) (= Zählinformation) treppenförmig um ein Winkelinkrement tp i des Pulsgebers 1. Zur Bildung von Winkel bzw. Lage und/oder Winkelgeschwindigkeit bzw.With each occurring encoder pulse P (t) a line increases # (t) (= counting information) in steps of an angle increment tp i of the pulse generator 1. To create an angle or position and / or angular velocity or
Geschwindigkeit des Antriebes wird der Winkel # (k) an der oberen Intervallgrenze des Abtastintervalles mit der Nummer k (= Intervallende) ermittelt bzw. die Winkeldifferenz ##(k) = # (k) -#(k-l) des Winkels zwischen oberer und unterer Intervallgrenze (= zwischen Intervallanfang und Intervallende).The speed of the drive is the angle # (k) at the top Interval limit of the sampling interval with the number k (= end of interval) is determined or the angle difference ## (k) = # (k) - # (k-l) of the angle between the upper and lower Interval limit (= between the beginning of the interval and the end of the interval).
Es gibt mehrere Möglichkeiten für eine linear Extrapolation zur Bildung von T (k) oder ##(k). Im Ausführungsbeispiel wird die Ähnlichkeit der Dreiecke mit den Eckpunkten A, B, C und C, D, E herangezogen. Für die Winkeldifferenz ß ##(k) gilt: = n(k) . # i - # E(k-t) + # E (k) wobei T E(k) bzw. # E (k-l) der begrenzte extranolierte Winkel am Intervallende bzw. Intervallanfang ist. Die begrenzten extrapolierten Winkel fE(k), #E(k-l) ergeben sich durch Begrenzung der unbegrenzten extrapolierten Winkel # EO (k), # EO (k-l) auf den Minimalwert aus f EO(k) und t' . Die Winkelgeschwindigkeit #(k) berechnet sich aus der Winkeldifferenz ## (k) wie folgt: # (k) = ## (k) /tz (k) Zur Ermittlung von T E(k) = # EO(k) (im Beispiel gemäß Fig. 2 ist keine Begrenzung auf # i nötig) wird die entweder direkt oder indirekt zu messende Restzeit tr (k) benötigt. Die Restzeit tr(k) ist die Zeit zwischen der oberen Intervallgrenze des Abtastintervalles mit der Nummer k und dem letzten vorausgegangenen Geberimpuls P(t). Es gilt für die lineare Extrapolation bei n(k)> 0: # EO (k) =n (k). #l' tr(k)/tz (k)+tr(k)) =#E(k) wobei fEO(k) = Strecke DE, n(k) . ## = Strecke BC, tr(k) = Strecke CD, tz(k) + tr(k-1)-tr(k) = Strecke AB ist.There are several options for linear extrapolation to education of T (k) or ## (k). In the exemplary embodiment, the similarity of the triangles with the corner points A, B, C and C, D, E are used. For the angle difference ß ## (k) the following applies: = n (k). # i - # E (k-t) + # E (k) where T E (k) or # E (k-l) is the limited one is extranolated angle at the end of the interval or the beginning of the interval. The limited extrapolated Angles fE (k), #E (k-l) are obtained by limiting the unlimited extrapolated Angle # EO (k), # EO (k-l) to the minimum value from f EO (k) and t '. The angular velocity # (k) is calculated from the angle difference ## (k) as follows: # (k) = ## (k) / tz (k) To determine T E (k) = # EO (k) (in the example according to FIG. 2 there is no limit required on # i) the remaining time tr (k) to be measured either directly or indirectly needed. The remaining time tr (k) is the time between the upper interval limit of the sampling interval with the number k and the last previous encoder pulse P (t). It applies to the linear extrapolation for n (k)> 0: # EO (k) = n (k). #l 'tr (k) / tz (k) + tr (k)) = # E (k) where fEO (k) = distance DE, n (k). ## = section BC, tr (k) = section CD, tz (k) + tr (k-1) -tr (k) = segment AB.
Die Restzeit tr(k-1) und der extrapolierte Winkel tE(k-1) des vorhergehenden Abtastintervalles mit der Nummer k-1 stehen als gespeicherte Werte zur Verfügung.The remaining time tr (k-1) and the extrapolated angle tE (k-1) of the previous one Sampling intervals with the number k-1 are available as stored values.
Damit können die Winkel T (k) und # #@ (k) berechnet werden: f (k) = fo(k) + tE(k) wobei für den der Anzahl der Geberimpulse entsprechenden Winkel #o(k) gilt: #o (k) = #o (k-l) + n(k) . #i wobei der Winkel #o(k-l) ebenfalls als gespeicherter Wert zur Verfügung steht.With this the angles T (k) and # # @ (k) can be calculated: f (k) = fo (k) + tE (k) where for the angle corresponding to the number of encoder pulses #o (k) applies: #o (k) = #o (k-l) + n (k). #i where the angle #o (k-l) is also used as stored value is available.
In Fig. 3 ist ein weiteres Beispiel mit linearer Extrapolation dargestellt, wobei eine starke Winkelgeschwindigkeitsreduzierung zu Beginn des k-ten Intervalls angenommen wird, so daß die Anzahl der Geberimpulse im k-ten Abtastintervall n(k) = O wird. Da n(k) = O und die Restzeit tr(k-1) gegebenenfalls auch sehr klein sein kann, wird für diesen Fall ein geändertes lineares Extrapolationsverfahren ausgewählt, das zunächst den unbegrenzten extrapolierten Winkel # EO (k) liefert: #EO (k) = #E(k-l) . tr (k) /tr(k-l).In Fig. 3 a further example with linear extrapolation is shown, with a strong angular velocity reduction at the beginning of the k-th interval is assumed so that the number of encoder pulses in the k-th sampling interval n (k) = O will. Since n (k) = O and the remaining time tr (k-1) may also be very short a modified linear extrapolation method is selected for this case, that first of all the unlimited extrapolated angle # EO (k) yields: #EO (k) = #E (k-l). tr (k) / tr (k-l).
Dies folgt aus der Ähnlichkeit der Dreiecke mit den Eckpunkten F,G,H und F,I,K. Die Strecke FG (= trCk-l)) verhält sich zur Strecke FI (= tr(k)) wie die Strecke GH (= fE(k-1)) zur Strecke IK (= #EO(k)). Da p #EO (k)> i ist, wird #EO(k) begrenzt auf #E(k) =#i. Der damit ermittelte Winkel # # (k) bzw. die Winkelgeschwindigkeit # (k) = ## (k)/tz(k) stellen wesentlich bessere Näherungen dar, als wenn mit dem unbegrenzten Wert # # EO(k) gearbeitet würde, wodurch besseres Regelverhalten bei niedrigen Drehzahlen erreicht wird.This follows from the similarity of the triangles with the corner points F, G, H and F, I, K. The segment FG (= trCk-l)) is related to the segment FI (= tr (k)) as the segment GH (= fE (k-1)) to the segment IK (= #EO (k)). Since p #EO (k)> i becomes #EO (k) limited to #E (k) = # i. The thus determined angle # # (k) or the angular velocity # (k) = ## (k) / tz (k) represent much better approximations than when using the unlimited value # # EO (k) would be worked, resulting in better control behavior low speeds is reached.
In den Figuren 2 und 3 sind einfache Beispiele mit linearer Extrapolation dargestellt. Durch Extrapolation höherer Ordnung, insbesondere zweiter Ordnung und/oder Aufschalten eines Beschleunigungswertes a des Antriebes kann eine Verbesserung der Extrapolation erreicht werden.In Figures 2 and 3 are simple examples with linear extrapolation shown. By extrapolation of a higher order, in particular of the second order and / or Switching on an acceleration value a of the drive can improve the Extrapolation can be achieved.
In Fig. 4 ist eine Impulszähl- und Auswerteeinrichtung IP zur Bildung von Winkel bzw. Lage #(k) und/oder Winkelgeschwindigkeit bzw. Geschwindigkeit # (k) dargestellt. Der Pulsgeber 1 mit den Winkelinkrementen ?i erzeugt zwei um 900 versetzte Pulsketten PA(t) und PB(t), die in einer Richtungserkennungsschaltung 2 zu Pulsen (Geberimpulsen) P(t) und einem Richtungssignal für die Drehrichtung des Antriebes Sig(P) verarbeitet werden. In einem der Richtungserkennungsschaltung nachgeschalteten Impulszähler 3, der im Ausführungsbeispiel aus einem Vor-Rückwärtszä.hler besteht, dessen Zählrichtung durch das Richtungssignal Sig(P) gesteuert wird (V/R-Eingang = Worwärts/Rückwärts-Eingang), werden die über einen Takteingang CL eingegebenen Pulse P(t) v gezählt und liegen als Zählinformation Z(t) (=treppenförmiger Linienzug) vor.In Fig. 4 is a pulse counting and evaluating device IP for formation of angle or position # (k) and / or angular velocity or velocity # (k) shown. The pulse generator 1 with the angle increments? I generates two around 900 offset pulse trains PA (t) and PB (t), which are in a direction detection circuit 2 to pulses (encoder pulses) P (t) and a direction signal for the direction of rotation of the drive Sig (P) can be processed. In one of the direction detection circuit downstream pulse counter 3, which in the exemplary embodiment consists of an up-down counter whose counting direction is controlled by the direction signal Sig (P) (V / R input = Forward / backward input), they are entered via a clock input CL Pulse P (t) v are counted and are located as counting information Z (t) (= step-shaped Line).
Der Impulszähler 3 kann alternativ hierzu zwei Zähler enthalten, wobei in einem Zähler nur die Geber impulse P(t) während des Vorwärtslaufes des Antriebes und im anderen Zähler nur die Geberimpulse während des Rückwärtslaufes des Antriebes aufgezählt werden. Die Zählinformation dieses Impulszählers 3 wird ausgelesen, wenn beide Zähler gleichzeitig ausgelesen werden.The pulse counter 3 can alternatively contain two counters, wherein in a counter only the encoder pulses P (t) while the drive is running forwards and in the other counter only the encoder pulses while the drive is running backwards be enumerated. The counting information of this pulse counter 3 is read out when both counters can be read out at the same time.
Ein Zeitzähler 4 wird mit jedem Puls P(t) an seinem Reset-Eingang R auf einen festen Wert, hier auf den Wert 0 zurückgestellt. In den Zeitzähler 4 wird über einen Takteingang CL eine Pulsfolge mit fester Frequenz f = konstant eingezählt.A time counter 4 is at its reset input with each pulse P (t) R to a fixed value, here reset to the value 0. In the time counter 4 a pulse train with a fixed frequency f = constant is counted in via a clock input CL.
Beim Auftreten eines von außen vorgegebenen, den einzelnen Baueinheiten jeweils Uber-Ladeeingange L eingebbaren Abtastze-itpunktes, der hier durch den -Impuls I(tz) mar-,v kiert ist, wird die Zählinformation Z(t) aus der Impulszählreinrichtung 3 ausgelesen und in ein nachgeschaltetes erstes Speicherglied 5 als Zählinformation Zo(k) eingeschrieben. Das SDeicherglied 5 empfängt den hierzu nötigen Impuls I(tz) über seinen Ladeeingang L. Gleichzeitig wird die zuvor in dem ersten Speicherglied 5 enthaltene Information Zo(k-1) in ein nachgeschaltetes zweites Speicherglied 6 übertragen, dem der Impuls I(t2) ebenfalls über den Ladeeingang L zugeleitet wird.When an externally prescribed one occurs, the individual structural units each Uber-Ladeeingange L inputtable sampling time, here by the pulse I (tz) is marked, v is the counting information Z (t) from the pulse counter 3 read out and into a downstream first memory element 5 as counting information Zo (k) inscribed. The SD memory element 5 receives the necessary pulse I (tz) via its loading input L. At the same time, the previously in the first storage element 5 contained information Zo (k-1) in a downstream second memory element 6 transmitted, to which the pulse I (t2) is also fed via the charging input L.
Zum selben Abtastaugenblick wird auch der Zeitzähler 4 ausgelesen und sein der Restzeit tr(k) entsprechender Inhalt in ein nachgeschaltetes drittes Speicherglied 7 eingeschriehen. Hierzu liegt der-Impuls I(tz) am Ladeeingang L des Speichergliedes 7. Gleichzeitig wird die zuvor in dem dritten Speicherglied 7 enthaltene Information als Restzeit tr(k-1) in ein nachgeschaltetes viertes Speicherglied 8 Ubertragen, das hierzu ebenfalls den Impuls I(tz) über seinen Ladeeingang L empfängt.The time counter 4 is also read out at the same sampling instant and its content corresponding to the remaining time tr (k) in a subsequent third Memory element 7 inscribed. For this purpose, the pulse I (tz) is at the charging input L of the Memory element 7. At the same time, the previously contained in the third memory element 7 is information as the remaining time tr (k-1) in a downstream fourth Transfer memory element 8, which for this purpose also receives the pulse I (tz) via its charging input L receives.
In einem dem Speicherglied 6 nachgeschalteten ersten Subtrahierglied 9 wird die Differenz # Zo(k) = Zo(k) - Zo(k-1) zwischen dem Inhalt Zo(k) des ersten Speichergliedes 5 und dem Inhalt Zo(k-l) des zweiten Speichergliedes 6 gebildet (= Differenz zwischen zwei aufeinander folgenden Zählinformationen = n(k)).In a first subtracter connected downstream of the storage element 6 9 becomes the difference # Zo (k) = Zo (k) - Zo (k-1) between the contents Zo (k) of the first Memory member 5 and the content Zo (k-l) of the second memory member 6 is formed (= Difference between two consecutive items of counting information = n (k)).
Diese Differenz Zo(k) wird in einem ersten Multiplizierer 10 mit dem mittleren Winkelinkrement Ti des Pulsgebers 1 gewichtet und es wird ##O (k) =# l . #Zo (k) erhalten (siehe Strecke BC in Fig. 2).This difference Zo (k) is in a first multiplier 10 with the mean angular increment Ti of pulse generator 1 is weighted and ## O (k) = # l . #Zo (k) obtained (see route BC in Fig. 2).
Die im Beispiel dargestellte Schaltung für lineare Extrapolation mit Begrenzung umfaßt die folgenden Bauglieder 11 bis 21, und zwar ein Steuerglied 11, einen Multiplizierer 12, einen Dividierer 13, ein Subtrahierglied 14, eine Additionsstelle 15, einen Dividierer 16, einen Multiplizierer 17, ein Auswahlglied 18, eine Additionsstelle 19, einen Begrenzer 20 und ein Speicherglied 21.The circuit shown in the example for linear extrapolation with Limitation comprises the following members 11 to 21, namely a control member 11, a multiplier 12, a divider 13, a subtracter 14, an addition point 15, a divider 16, a multiplier 17, a selector 18, an addition point 19, a limiter 20 and a memory element 21.
In der dargestellten Schaltung sind als Beispiel zwei Extrapolationseinrichtungen enthalten. Die erste Extrapolationseinrichtung umfaßt die Bauglieder 12 bis 15, die zweite Extrapolationseinrichtung umfaßt die Bauglieder 16 und 17. Die Steuerung zur Auswahl zwischen den beiden Extranolationseinricbtungen erfolgt durch das Steuerglied 11, das ausgangsseitig das Auswahlglied 18 steuert. Im Beispiel erfolgt die Steuerung nur in Abhängigkeit der von der Differenz t Zo(k), und zwar so, daß bei # Zo(k) # 0 ilber das Auswahlglied 18 die erste Extrapolationseinrichtung (Bauglieder 12 bis 15) und bei # Zo (k) = 0 die zweite Extrapolationseinrichtung (Bauglieder 16,17) ausgewählt werden.In the circuit shown, there are two extrapolation devices as an example contain. The first extrapolation device comprises the members 12 to 15, the second extrapolation means comprises members 16 and 17. The controller the control element allows you to choose between the two extranolation devices 11, which controls the selection element 18 on the output side. In the example, the control takes place only as a function of the difference t Zo (k), in such a way that at # Zo (k) # 0 Via the selection element 18, the first extrapolation device (elements 12 to 15) and with # Zo (k) = 0 the second extrapolation device (components 16, 17) to be selected.
In Fig. 4 ist als weitere Möglichkeit der Ansteuerung des Steuergliedes 11 die Eingabe der vom Zeitzähler 4 ermittelten Restzeit tr(k) gezeigt (gestrichelte Verbindung zwischen Speicherglied 7 und Steuerglied 11).In Fig. 4 is a further possibility of controlling the control member 11 shows the input of the remaining time tr (k) determined by the time counter 4 (dashed lines Connection between memory element 7 and control element 11).
Bei der ersten Extrapolationseinrichtung wird mittels des zweiten Subtrahiergliedes 14 die Differenz tz(k) - tr(k) gebildet und der Additionsstelle 15 zugeführt. Diese bildet die Summe tz(k) - tr(k) + tr(k-1) und führt diese Summe dem Dividierer 13 als Divisor zu.In the case of the first extrapolation device, the second Subtractor 14 formed the difference tz (k) - tr (k) and the addition point 15 supplied. This forms the sum tz (k) - tr (k) + tr (k-1) and carries this sum the divider 13 as a divisor.
Als Dividend liegt dem Dividierer 13 die Restzeit tr(k) an. Der Dividierer 13 bildet den Quotienten tr(k)/(tz(k) + tr(k-1) - tr(k) (= Verhältnis der Strecke CD zur Strecke AB gemäß Fig. 2) und leitet diesen Quotienten dem Multiplizierer 12 zu. Als weitere Eingangsgröße liegt dem Multiplizierer 12 der Wert ## O (k) = n . # i (Strecke BC gemäß Fig. 1) an. Ausgangsseitig gibt der Multiplizierer 12 als Produkt den unbegrenzten extrapolierten Winkel # EO (k) (= Strecke DE gemäß Fig. 2) an das Auswahlglied 18 weiter.The remaining time tr (k) is applied to the divider 13 as the dividend. The divider 13 forms the quotient tr (k) / (tz (k) + tr (k-1) - tr (k) (= ratio of the distance CD to route AB according to FIG. 2) and forwards this quotient to the multiplier 12 to. The multiplier 12 has the value ## O (k) = as a further input variable n. # i (route BC according to FIG. 1). On the output side, the multiplier gives 12 the unlimited extrapolated angle # EO (k) (= distance DE according to Fig. 2) to the selection member 18 on.
In der zweiten Extrapolationseinrichtung werden in den Dividierer 16 die Restzeiten tr(k) als Dividend sowie tr(k-1) als Divisor eingegeben und das Verhältnis von zwei aufeinander folgenden Zeitzähler-Abtastungen tr(k)/tr(k-l) gebildet. In diesem Verhältnis wird der dem betrachteten Abtastintervall vorangegangene extrapolierte Wert fE(k-1) mit Hilfe des Multiplizierers 17 auf den neuen Wert # EO (k) umgerechnet (siehe Fig. 3) und dem Auswahlglied 18 zugeführt.In the second extrapolation device, the divider 16 entered the remaining times tr (k) as a dividend and tr (k-1) as a divisor and that Ratio of two consecutive time counter samples tr (k) / tr (k-l) formed. The preceding sampling interval is extrapolated in this ratio Value fE (k-1) converted to the new value # EO (k) with the aid of multiplier 17 (see FIG. 3) and the selection member 18 supplied.
In den Figuren 2 und 3 wird davon ausgegangen, daß ein in der Additionsstelle 19 mit dem Ausgangswert des Auswahlgliedes 18 zu addierender Beschleunigungswert a des Antriebes Null sei.In Figures 2 and 3 it is assumed that a in the addition point 19 acceleration value to be added to the output value of the selection element 18 a of the drive is zero.
Im der Additlonsstelle 19 nachgeschalteten Begrenzer 20 wird der extrapolierte Wert # EO (k) auf den Bereich zwischen + ti und - Yi begrenzt. Damit steht der Wert t E(k) am Begrenzerausgang zur Verfügung. Der Wert f E(k) wird zu den vom Impuls I(tz) festgelegten Abtastzeitpunkten in das dem Begrenzer 20 nachgeschaltete Speicherglied 21 übernommen.In the limiter 20 connected downstream of the addition point 19, the extrapolated Value # EO (k) limited to the range between + ti and - Yi. That is the value t E (k) available at the limiter output. The value f E (k) becomes that of the pulse I (tz) specified sampling times into the memory element connected downstream of the limiter 20 21 taken over.
Zur Berechnung der Winkelgeschwindigkeit # (k) wird auf den bereits berechneten Wert ## O (k) zurückgegriffen.To calculate the angular velocity # (k), the already calculated value ## O (k) is used.
Zum Wert ## O (k) wird in einer Additionsstelle 23 die in einem Subtrahierglied 22 berechnete Differenz aus zwei aufeinander folgenden Extrapolationswerten # E (k) - # E(k-l) hinzu addiert. Der Wert # E (k) ist am Ausgang des Begrenzers 20 und der Wert fE(k-1) am Ausgang des Speichergliedes 21 abgreifbar. Damit ist der Dividend ## (k) für einen der Additionsstelle 23 nachgeschalteten Dividierer 24 bestimmt. Der dem Dividierer 24 zugeleitete Divisor ist die von außen vorgegebene Abtastintervalldauer tz(k). Damit kann die Winkelgeschwindigkeit #(k) = ## (k)/tz (k) bestimmt werden Zur Bestimmung des Winkels # (k) wird auf die Zählinformation Zo (k) des ersten Speichergliedes 5 zurückgegriffen. Zo(k) wird in einem Multiplizierer 25 mit dem mittleren Winkelinkrement # i gewichtet und es wird # o(k) erhalten (siehe Fig. 2). Zum Wert T #o (k) wird in einer Additionsstelle 26 der begrenzte extrapolierte Winkel T E(k) addiert, womit t(k) ermittelt ist.The value ## O (k) becomes in an addition point 23 that in a subtracter 22 calculated difference from two successive extrapolation values # E (k) - # E (k-l) added. The value # E (k) is at the output of the limiter 20 and the value fE (k-1) can be tapped off at the output of the memory element 21. So that is Dividend ## (k) for a divider 24 connected downstream of the addition point 23 certainly. The divisor fed to the divider 24 is the one specified externally Sampling interval duration tz (k). The angular velocity # (k) = ## (k) / tz (k) can be determined To determine the angle # (k), the count information is used Zo (k) of the first memory element 5 is used. Zo (k) is used in a multiplier 25 is weighted with the mean angular increment # i and # o (k) is obtained (see Fig. 2). The limited extrapolated value is added to the value T #o (k) in an addition point 26 Angle T E (k) added, with which t (k) is determined.
Eine Variante zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit C) (k) ist in Fig. 5 dargestellt. Der Winkel # (k) wird, wie unter Fig. 4 beschrieben, als Ausgangssignal der Additionsstelle 26 gewonnen. Zusätzlich zur Anordnung gemäß Fig. 4 ist ein Speicherglied 27 vorgesehen, das zu den Abtastzeitpunkten den Winkel t(k) übernimmt. Hierzu liegt der Puls I(tz) einem Ladeeingang L des Speichergliedes 27 an. Mit Hilfe eines Subtrahiergliedes 28 wird die Differenz zweier aufeinander folgender Winkelwerte # ##(k) = t(k) - (k-1) bestimmt und dem Dividierer 24 als Dividend zugeführt, wobei # #(k) am Ausgang der Additionsstelle 26 und #(k-l) am Ausgang des Speichergliedes 27 abgreifbar sind. Der Divisor ist wiederum die Abtastintervalldauer tz(k). Damit ist die Berechnung der Winkelgeschwindigkeit #(k) möglich. Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 entfallen das Subtrahierglied 22 und die Additionsstelle 23 der Anordnung gemäß Fig. 4.A variant for determining the angular velocity C) (k) is shown in FIG. The angle # (k) is, as described under FIG. 4, as Output signal of addition unit 26 obtained. In addition to the arrangement according to Fig. 4, a memory element 27 is provided, which to the sampling times takes over the angle t (k). For this purpose, the pulse I (tz) is a charging input L of the storage element 27 at. With the aid of a subtracter 28, the difference between two The following angle values # ## (k) = t (k) - (k-1) are determined and the divider 24 as Dividend supplied, where # # (k) at the output of the adder 26 and # (k-l) am Output of the memory element 27 can be tapped. The divisor is again the sampling interval duration tz (k). This enables the angular velocity # (k) to be calculated. In the Arrangement according to FIG. 5, the subtracter 22 and the addition point are omitted 23 of the arrangement according to FIG. 4.
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