DE3406389C2 - - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
- G01D5/24404—Interpolation using high frequency signals
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
- G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
- G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
- G01P13/045—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement with speed indication
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
- G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
- G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
- G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
- G01P3/489—Digital circuits therefor
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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- H02P23/16—Controlling the angular speed of one shaft
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
zur Mehrfachauflösung von Inkrementalgebersignalen gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung liegt auf
dem Gebiet der Antriebstechnik, beispielsweise bei dreh
zahl- oder lagegeregelten Antrieben für Werkzeugmaschi
nensteuerungen.
Antriebe für Werkzeugmaschinen sollen möglichst mit kon
stanter Drehzahl laufen oder über weite Bereiche von
Niedrigstdrehzahl bis Höchstdrehzahl (ca. 3000 U/min)
regelbar sein. Drehzahlregelung für Gleichstrommotoren
mit angesetzten Tachogeneratoren sind allgemein bekannt.
Bei heute vielfach eingesetzten bürstenlosen Motoren
werden zur Erfassung der Rotorposition inkrementale
Drehgeber (Positionsgeber) eingesetzt. Diese Inkremen
talgeber mit einer nachgeschalteten Auswerteelektronik
ermöglichen ohne aufwendige Mechanik eine Erkennung ho
her Drehzahlen, eine optimale Winkelauflösung und leich
te Digitalverarbeitung bei minimalem Aufwand.
Bei Drehstrommotoren, die billig in der Anschaffung und
wartungsfrei (keine Bürsten) sind, werden allgemein in
krementale Geber eingesetzt. Geräte zur Erfassung und
Verarbeitung von Inkrementalgebern (sowohl Drehgeber als
auch Längenmeßsysteme) für Positions- und Lageregelungen
sind bekannt aus einem Prospekt der Fa. Dr. Johannes
Heidenhain vom April 1983 mit dem Titel "Externe Impuls
former-Elektroniken". Hierbei kann je nach gewünschter
Genauigkeit aus der Impulsformer-Elektronik eine bis zu
25fache Unterteilung bzw. Auswertung der inkrementalen
Signale gewonnen werden. Bei Lageregelungen läßt sich
dieses Verfahren sehr einfach anwenden. Besonders bei
hohen Drehzahlen (bis zur 3000 U/min) stößt die Auswer
terelektronik aber schnell an ihre Grenzen.
Bei Inkrementalgebern in Verbindung mit digitalen Reg
lern treten besonders bei niedrigen Drehzahlen Schwie
rigkeiten wegen der geringen Impulsfolge pro Zeit auf.
Mehrfachauswertung, d. h. Vergrößerung der Impulsfolge
pro Zeit für eine eindeutige Ansteuerung der nachge
schalteten Elektronik ist deshalb eine wichtige Forde
rung bei Inkrementalgebern.
Die Auflösung von Inkrementalgebern auf einfache Art zu
erhöhen, um besonders bei Drehzahlregelungen Niedrigst
drehzahlen fahren zu können, ist die Hauptaufgabe der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Daneben soll die
Anlage aber auch bei der maximalen Drehzahl arbeitsfähig
sein. Es soll also über weite Drehzahlbereiche von fast
Stillstand bis zur maximalen Umdrehung eine saubere Mo
torregelung mit hoher Genauigkeit erreicht werden. Es
soll eine kontinuierliche Weg-, Geschwindigkeits- und
Beschleunigungsmessung beim Einsatz von optischen, in
duktiven und kapazitiven, rotatorischen oder translato
rischen Inkrementalgebern erzielt werden.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des
Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen
des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhaft bei der aufgezeigten Schaltungsanordnung ist
neben der exakten Regelung bei niedrigen und hohen Dreh
zahlen die große Einsatzbreite des verwendeten Posi
tionsgebers. Alle Informationen, die zur Regelung ge
braucht werden, können von dem einen Positionsgeber ab
geleitet werden. Die Anlage kann deshalb auch sehr ko
stensparend eingesetzt werden. Der Positionsgeber mit
der erfindungsgemäßen Auswerteelektronik ist in vorteil
hafter Weise über weite Drehzahlbereiche einsetzbar, und
er kann für Lage- und Beschleunigungsregelung bzw. Mes
sung verwendet werden. Ein zusätzlicher Vorteil der er
findungsgemäßen Anordnung liegt in der Verwendung eines
einfachen und billigen Gebers. Denn durch die elektroni
sche Erhöhung der Auflösung kann ein Geber mit geringe
rer Stückzahl gewählt werden. Weitere Vorteile sind aus
der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei
spiels ersichtlich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend
anhand der Zeichnung näher erläutert.
Von einem nicht gezeigten inkrementalen Drehgeber werden
zwei periodische, analoge, sinusförmige Signale erzeugt, deren Frequenz
eine Funktion der Drehzahl und der Anzahl der Marken auf der Scheibe ist.
Diese analogen Gebersignale sind gegeneinander phasen
verschoben, um eine Drehrichtungserkennung zu ermögli
chen. Die Gebersignale der Spur A werden dabei über ei
nen Verstärker 1, einen Schmitt-Trigger 2 und einen In
terface 3 auf eine Vierfachauswertung 4 mit Zähler und
Speicher geführt. Die Signale der Spur B werden eben
falls über einen Verstärker 5, einen Schmitt-Trigger 6
und ein Interface 7 auf die Vierfachauswertung 4 ge
führt.
Die Auswerteelektronik, bestehend aus den Bauelementen
1, 2, 3 bzw. 5, 6, 7, ist in der Nähe des Inkrementalge
bers angeordnet. In den Verstärkern 1 und 5 werden die
ankommenden Signale verstärkt bzw. an das übliche Span
nungsniveau angepaßt. In den beiden nachgeschalteten
Schmitt-Triggern 2 bzw. 6 werden aus den sinusförmigen
Signalen der Spur A und B rechteckförmige (digitale)
Impulse geformt. In den nachgeschalteten Interface-Bau
steinen 3 bzw. 7 werden die Rechteckimpulse der beiden
Spuren A und B für die Übertragung zum Führungssystem
aufbereitet.
Das Führungssystem besteht aus der Vierfachauswertung 4
und einem nachgeschalteten Mikroprozessor 8. In der
Vierfachauswertung 4 wird die Frequenz der ankommenden
Signale vervierfacht und in einem Zähler mit Speicher
zwischengespeichert. Dabei werden die Impulse pro Zeit
einheit aufsummiert und dem Mikroprozessor 8 für eine
weitere Verarbeitung zur Verfügung gestellt. Derartige
Auswerteschaltungen sind bekannt.
In der Auswerteelektronik ist zusätzlich und parallel zu
den Spuren A und B eine analoge Verarbeitung über je
eine Sample- und Hold-Schaltung 9, 10 vorgesehen (sample
und hold = Abtasten und Halten). Diese Bausteine 9, 10
sind dabei so geschaltet, daß sie mit den Signalen aus
den Verstärkern 1 und 5 verbunden werden. Der Ausgang des
Verstärkers 1 ist auf den Baustein 10 und der Ausgang
des Verstärkers 5 auf den Baustein 9 gelegt. Mit Sample-
und Hold-Schaltungen kann zu einem beliebigen Zeitpunkt
ein Spannungswert festgehalten werden. Der Zeitpunkt für
dieses Abtasten der Spannungswerte wird über eine Steu
erleitung (Zeitsteuerung) vom Mikroprozessor 8 vorgegeben.
Hinter den Sample- und Hold-Bausteinen 9 und 10 ist eine
Abtastvorrichtung 11 (beispielsweise ein dreistufiger
Multiplexer) angeordnet. Diese Abtastvorrichtung 11
schaltet die Spannungswerte aus den Bausteinen 9 und 10
nacheinander über einen Impedanzwandler 12 auf einen
A/D-Wandler 13. Eine parallele Verarbeitung ist aber
auch möglich. Der Ausgang des A/D-Wandlers 13 führt auf
den Mikroprozessor 8. Die Abtasteinrichtung 11 weist
noch einen Eingang für einen weiteren analogen Wert auf.
In Abhängigkeit von Steuersignalen aus dem Mikroprozes
sor 8 werden die Spannungswerte aus den Sample- und
Hold-Bausteinen 9 und 10 sowie der zusätzliche Sollwert
auf den A/D-Wandler 13 geführt. Zur Vereinfachung wurde
in der Zeichnung nur eine Steuerleitung S 11 eingetragen.
Am Ausgang des A/D-Wandlers 13 sind damit digitale Si
gnale vorhanden, die ein Abbild der Höhe der Spannung an
den Eingängen der Spur A oder B zu einem bestimmten Ab
tastzeitpunkt (vom Mikroprozessor vorgegeben) darstel
len.
Im Mikroprozessor 8 werden jetzt die Signale aus der
Vierfachauswertung 4 und die Signale aus dem A/D-Wandler
13 nach einem festen Programm derart verarbeitet, daß
als Ergebnis ein Mehrfaches der Auflösung aus der Vier
fachauswertung 4 gewonnen wird. Dabei kann der Faktor
der Auflösung beliebig gewählt werden, ohne daß eine
Änderung der maximalen Motordrehzahl vorgenommen werden
muß. In Abhängigkeit von den Steuersignalen, die aus dem
Mikroprozessor an die Sample- und Hold-Schaltungen 9, 10
und den Multiplexer 11 gelangen, kann somit in vorteil
hafter Weise eine wahlweise erforderliche hohe Auflösung
erzielt werden. Auf diese Art läßt sich sowohl bei nied
rigen als auch bei hohen Motordrehzahlen eine sehr ge
naue Regelung erreichen.
Die Steuerung der Bauglieder 4, 9, 10 und 11, die vom
Mikroprozessor 8 durch ein einstellbares Software-Pro
gramm vorgenommen wird, ist für den Abtastzeitpunkt der
Gebersignale von großer Wichtigkeit. Deshalb wird der
Zähler der Vierfachauswertung 4 und die Sample- und
Hold-Schaltungen 9, 10 durch dieselben Interrupt-Signale
aus dem Mikroprozessor 8 angesteuert.
Claims (3)
1. Schaltungsanordnung zur Mehrfachauflösung von
Inkrementalgebersignalen mit einer zweikanaligen Auswer
teschaltung, die zwei analoge, elektrisch phasenverscho
bene Signale eines Inkrementalgebers empfängt, wobei die
phasenverschobenen Analogsignale aus dem Geber mittels
elektronischer Bauglieder digitalisiert, durch Auswer
tung der Flanken der hierdurch erzeugten digitalen
Rechtecksignale mehrfachausgewertet und über eine Zäh
lerspeicherung auf einen Mikroprozessor geführt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der zweikanali
gen Signalverarbeitung mit der Reihenschaltung aus Ver
stärker (1 bzw. 5), Schmitt-Trigger (2 bzw. 6), Inter
face (3 bzw. 7) und Mehrfachauswertung mit Zähler/Spei
cher (4) eine zweikanalige analoge Verarbeitung der ana
logen Gebersignale durch Abtasten und Zwischenspeichern
mittels Sample- und Hold-Schaltungen (9 bzw. 10) statt
findet, daß der Mikroprozessor (8) über eine Zeitsteu
erung derart auf den digitalen Kanal (2, 3, 4, 6, 7) und den
analogen Kanal (9, 10) einwirkt, daß das Zwischenspei
chern des Zählerstandes und das Abtasten zum Zwischen
speichern durch die Sample- und Hold-Schaltungen (9, 10)
gleichzeitig erfolgt, und daß anschließend die Ausgangs
signale der Sample- und Hold-Schaltungen (9 bzw. 10) ge
steuert durch den Mikroprozessor (8) über einen Multi
plexer (11) und einen Verstärker (12) einem A/D-Wandler
(13) zugeführt werden, dessen Ausgang vom Mikroprozessor
auslesbar ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die analogen Signale für die Sample-
und Hold-Schaltungen (9 bzw. 10) von den Verstärkern (1
bzw. 5) abgegriffen werden.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung (11) einen
Sollwertanschluß aufweist und über einen Eingang (S 11)
vom Mikroprozessor (8) ansteuerbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19843406389 DE3406389A1 (de) | 1984-02-22 | 1984-02-22 | Schaltungsanordnung zur mehrfachaufloesung von inkrementalgebersignalen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19843406389 DE3406389A1 (de) | 1984-02-22 | 1984-02-22 | Schaltungsanordnung zur mehrfachaufloesung von inkrementalgebersignalen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3406389A1 DE3406389A1 (de) | 1985-08-29 |
DE3406389C2 true DE3406389C2 (de) | 1989-06-29 |
Family
ID=6228489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19843406389 Granted DE3406389A1 (de) | 1984-02-22 | 1984-02-22 | Schaltungsanordnung zur mehrfachaufloesung von inkrementalgebersignalen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3406389A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3932800A1 (de) * | 1989-09-30 | 1991-04-11 | Hengstler Gmbh | Signalumwandlung fuer inkrementalgeber |
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CN107917721A (zh) * | 2017-11-02 | 2018-04-17 | 新疆广陆能源科技股份有限公司 | 一种增量编码器环路信号分支装置 |
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1984
- 1984-02-22 DE DE19843406389 patent/DE3406389A1/de active Granted
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DE3932800A1 (de) * | 1989-09-30 | 1991-04-11 | Hengstler Gmbh | Signalumwandlung fuer inkrementalgeber |
Also Published As
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DE3406389A1 (de) | 1985-08-29 |
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