DE972856C

DE972856C - Device for motorized adjustment of an object

Info

Publication number: DE972856C
Application number: DES15557D
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr-Ing Kind
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1944-01-22
Filing date: 1944-01-22
Publication date: 1959-10-15

Description

Einrichtung zur motorischen Einstellung eines Gegenstandes Bei Einrichtungen zur motorischen Einstellung eines Gegenstandes entsprechend einer nach Größe und Richtung vorgegebenen Bewegung wird der Einstellmotor von einer Spannung gesteuert, die dem Fehler zwischen vorgegebener und nachzubildender Bewegung proportional ist und durch ihre Polarität oder Phasenlage die Bewegungsrichtung angibt. Steuerungen dieser Art neigen bekanntlich leicht zum Pendeln, insbesondere dann, wenn die Übersetzung zwischen dem Steuermotor und dem Fehlerspannungsindikator klein ist, da der Motor infolge der Massenträgheit der bewegten Teile leicht über das Ziel hinaus eilt. Diese Pendelneigung läßt sich zwar dadurch vermeiden, daß die Regelsteilheit der Steuerung, d. h. die Nachsteuergeschwindigkeit im Verhältnis zur Differenz zwischen vorgegebener und nachgebildeter Bewegung, entsprechend niedrig gehalten wird. Dann ist aber die Steuerung nicht mehr in der Lage, rascheren Bewegungen mit genügender Genauigkeit zu folgen.Device for motorized adjustment of an object In devices for motorized adjustment of an object according to a size and The adjustment motor is controlled by a voltage in the direction of the specified movement, which is proportional to the error between the specified movement and the movement to be simulated and indicates the direction of movement by its polarity or phase position. Controls of this type, as is well known, tend to oscillate slightly, especially when the translation between the control motor and the fault voltage indicator is small because the motor due to the inertia of the moving parts easily rushes beyond the target. This tendency to pendulum can be avoided by reducing the steepness of the control Control, d. H. the readjustment speed in relation to the difference between predetermined and simulated movement, is kept correspondingly low. then but the control is no longer able to make faster movements with sufficient Accuracy to follow.

Zur Erhöhung der Nachsteuergeschwindigkeit wurde daher vorgeschlagen, eine Dämpfungsanordnung vorzusehen. Dabei wird von der Geschwindigkeit des Einstellmotors eine in ihrer Polarität von dessen Drehrichtung abhängige Spannung abgeleitet, diese mittels eines Wechselstromwiderstandes, z. B. eines Kondensators, nach der Zeit differentiiert und die auf diese Weise erhaltene beschleunigungsproportionale Spannung im Sinne einer Verminderung des Richtmomentes des Einstellmotors der Steuerspannung für denselben entgegengeschaltet. Bei einer derartigen Ausbildung der Dämpfungsanordnung wird also das Richtmoment des Einstellmotors bei jedem Auftreten einer positiven oder negativen Beschleunigung um einen dieser proportionalen Betrag vermindert, während die Nachsteüergeschwindigkeit bei konstanter Geschwindigkeit der vorgegebenen Bewegung völlig unbeeinflußt bleibt.To increase the readjustment speed, it was therefore proposed that to provide a damping arrangement. It depends on the speed of the adjustment motor a voltage that is dependent on its direction of rotation in its polarity is derived, this by means of an alternating current resistor, e.g. B. a capacitor, according to the time differentiated and the one obtained in this way acceleration proportional Voltage in the sense of a reduction in the straightening torque of the adjustment motor for the control voltage counteracted for the same. With such a design of the damping arrangement becomes the straightening torque of the adjustment motor with each occurrence of a positive one or negative acceleration reduced by one of these proportional amounts, while the follow-up speed at a constant speed of the specified Movement remains completely unaffected.

Es hat sich nun aber gezeigt, daß auch diese Lösung nicht in allen Fällen befriedigt,. denn da die Stärke der Dämpfung der Beschleunigung proportional ist, findet bei großen Beschleunigungen eine starke und bei kleinen Beschleunigungen eine entsprechend geringere Dämpfung statt. Diese Dämpfung wirkt immer im Sinne einer Erhöhung des Fehlers zwischen vorgegebener und nachgebildeter Bewegung. Daher treten bei raschen Bewegungsänderungen, insbesondere beim Anlaufen des Steuermotors oder bei einer Bewegungsumkehr desselben, Verzögerungen auf, die durchaus unerwünscht sind. Die Erfindung bringt eine vorteilhafte Verbesserung an einer Einrichtung zur motorischen Einstellung eines Gegenstandes entsprechend einer programmäßig vorgegebenen, veränderlichen Bewegung, die zur Vermeidung von Pendelungen eine Dämpfungsanordnung enthält, deren von der Einstellgeschwindigkeit des Gegenstandes abgeleitete Dämpfungsspannung der den Stellmotor steuernden Fehlerspannung entgegenwirkt. Erfindungsgemäß ist die Dämpfungsanordnung derart ausgebildet, daß die Dämpfungsspannung bei großen Beschleunigungen, die insbesondere bei den eine Drehrichtungsumkehr des Stellmotors verursachenden vorgegebenen Bewegungen auftreten, relativ kleine Werte und bei geringen Beschleunigungen relativ große Werte einnimmt. Dadurch, daß beim Anlaufen des Steuermotors oder bei seiner Bewegungsumkehr eine im Verhältnis zur Beschleunigung nur geringe Dämpfung eintritt, vermag der Steuermotor an diesen Stellen der vorgegebenen Bewegung.. rasch und ohne wesentliche Verzögerung zu folgen, während dann, wenn vorgegebene und nachgebildete Bewegungen beinahe synchron verlaufen und relativ geringe Beschleunigungen auftreten, Pendelungen durch eine relativ starke Dämpfung vermieden werden. Es wird somit der Einfluß der Dämpfungsspannung auf den Steuervorgang an den Stellen, an denen eine starke Dämpfung erwünscht ist, hervorgehoben und an den übrigen Stellen abgeschwächt. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die durch die Dämpfung zu unterdrückenden Pendelerscheinungen für den Steuervorgang im wesentlichen nur dann nachteilig sind, wenn sie um den Sollwert herum auftreten.However, it has now been shown that this solution does not apply to all Cases satisfied. because since the strength of the damping is proportional to the acceleration is, there is a strong acceleration in the case of large accelerations and a strong acceleration in the case of small accelerations a correspondingly lower attenuation takes place. This damping always works in the sense an increase in the error between the given and the simulated movement. Therefore occur when there are rapid changes in movement, especially when the control motor starts up or in the case of a reversal of movement of the same, delays which are quite undesirable are. The invention brings an advantageous improvement to a device motorized setting of an object according to a program preset, variable movement, a damping arrangement to avoid oscillation contains whose damping voltage derived from the setting speed of the object which counteracts the error voltage controlling the servomotor. According to the invention the damping arrangement designed such that the damping voltage at large Accelerations that occur in particular when reversing the direction of rotation of the servomotor causing given movements occur, relatively small values and at low Accelerations take on relatively large values. The fact that when starting the control motor or in the case of its reversal of movement, only a slight one in relation to the acceleration If damping occurs, the control motor is able to do this at these points of the specified movement. to follow quickly and without significant delay, while then when given and simulated movements are almost synchronous and have relatively low accelerations occur, oscillations can be avoided by a relatively strong damping. It will thus the influence of the damping voltage on the control process at the points where a strong attenuation is desired, highlighted and in the other places weakened. The invention is based on the knowledge that by the Damping to be suppressed pendulum phenomena for the control process essentially are detrimental only if they occur around the set point.

An Hand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung noch näher erklärt. Es zeigt Fig. i eine Einrichtung nach der Erfindung bei einer elektrisch gesteuerten Kopierfräsmaschine, Fig.2 eine Dämpfungsanordnung mit einem Schaltrelais und Fig.3 eine Dämpfungsanordnung mit einer Glimmlampe.On the basis of some exemplary embodiments shown schematically in the drawing the invention is explained in more detail. It shows Fig. I a device according to the Invention in an electrically controlled copy milling machine, FIG. 2 a damping arrangement with a switching relay and FIG. 3 a damping arrangement with a glow lamp.

In Fig. i ist i der nachzuformende Musterkurvenkörper, der vom Fühler 2 zeilenweise abgetastet wird. Dementsprechend wird auch das Werkstück 3 durch den Fräser q. zeilenweise bearbeitet. Musterkörper i und Werkstück 3 sind auf einem Tisch 5 befestigt, der durch einen Leitvorschubmotor 6 hin- und herbewegt wird. Nach jedem Durchgang des Werkstückes unter dem Fräser werden Werkstück und Musterkörper in nicht näher dargestellter Weise um eine Bearbeitungszeile weitergerückt. Der den Fräser 4 antreibende Motor 7 und der vom Fühler 2 beeinflußte Meßkopf 8 von der Art einer elektrischen Meßlehre, beispielsweise einer Induktionsmeßlehre, sitzen auf einem Hubschlitten g und können durch einen Tastvorschubmotor io in Richtung des Pfeiles ii verschoben werden. Dieser Tastvorschubmotor wird in an sich bekannter Weise durch nicht näher dargestellte, bei 12 angeordnete, gittergesteuerte Gas-oder Dampfentladungsgefäße nach Maßgabe der von der Meßlehre 8 abgegebenen Fehlerwechselspannung gespeist. Diese Fehlerwechselspannung ist in ihrer Amplitude proportional dem vom Fühler 2 festgestellten Stellungsfehler und in ihrer Phasenlage vorn Vorzeichen des Stellungsfehlers abhängig, d. h., die Phase springt bei einer Änderung des Vorzeichens um iSo° um. Die Fehlerwechselspannung wird über einen Transformator 13, eine Verstärkerröhre 1q. und einen Transformator 15 einer Gleichrichteranordnung Gl zugeführt; in welcher sie phasenrichtig gleichgerichtet wird. Anschließend wird diese Gleichspannung in einem Wechselrichter in eine amplitudenproportionale Wechselspannung umgeformt, welche die für die Steuerung der gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäße erforderliche Frequenz aufweist und in ihrer Phasenlage von der Polarität der von der Gleichrichteranordnung Gl abgegebenen Gleichspannung abhängt. Dieser scheinbare Umweg über die Gleichrichteranordnung Gl und den Wechselrichter Wr hat den Vorteil, daß man von der Kurvenform und von der Frequenz der von der Meßlehre 8 abgegebenen Spannung unabhängig wird. Liegt die Fehlerspannung jedoch-beispielsweise in anderen Steuerungseinrichtungen - bereits als Gleichspannung vor, so braucht natürlich nur noch ein Wechselrichter vorgesehen zu werden. Ist die vom Indikator 8 abgegebene Fehlerspannung ohne weiteres zur Aussteuerung der Regelanordnung 12 verwendbar, so können gegebenenfalls Gleichrichteranordnung Gl und Wechselrichter Wr auch entfallen.In FIG. Accordingly, the workpiece 3 is also made by the milling cutter q. edited line by line. Sample body i and workpiece 3 are fixed on a table 5 which is moved back and forth by a guide feed motor 6. After each pass of the workpiece under the milling cutter, the workpiece and the sample body are moved forward by one processing line in a manner not shown in detail. The motor 7 driving the milling cutter 4 and the measuring head 8, which is influenced by the sensor 2, of the type of an electrical measuring gauge, for example an induction measuring gauge, sit on a lifting carriage g and can be moved in the direction of arrow ii by a tactile feed motor io. This scanning feed motor is fed in a manner known per se by means of grid-controlled gas or vapor discharge vessels (not shown in greater detail), arranged at 12, in accordance with the alternating fault voltage emitted by the measuring gauge 8. The amplitude of this alternating error voltage is proportional to the position error detected by the sensor 2 and its phase position depends on the sign of the position error, ie the phase changes when the sign changes by iSo °. The alternating fault voltage is via a transformer 13, an amplifier tube 1q. and a transformer 15 is fed to a rectifier arrangement Gl; in which it is rectified in the correct phase. This direct voltage is then converted in an inverter into an amplitude-proportional alternating voltage, which has the frequency required for controlling the grid-controlled gas or vapor discharge vessels and whose phase position depends on the polarity of the direct voltage output by the rectifier arrangement Gl. This apparent detour via the rectifier arrangement Gl and the inverter Wr has the advantage that one becomes independent of the curve shape and the frequency of the voltage output by the measuring gauge 8. However, if the fault voltage is already present as direct voltage, for example in other control devices, then naturally only one inverter needs to be provided. If the fault voltage emitted by the indicator 8 can easily be used to control the control arrangement 12, the rectifier arrangement Gl and the inverter Wr may also be omitted.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, der Ankerspannung des von den gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäßen gespeisten Tastvorschubmotors io ein aus einer Kondensator-Widerstands-Anordnung bestehendes Differentiierglied parallel zu schalten und die am Widerstand auftretende differentiierte Spannung, die der Beschleunigung des Tastvorschubmotors proportional ist, im Wechselrichter Wy der Steuerspannung zu überlagern. Im vorliegenden Falle ist die gleiche Anordnung gewählt, nur mit dem Unterschied, daß an Stelle des linearen Widerstandes bei der normalen Differentiation ein nichtlinearer Widerstand R in Form zweier einander entgegengesetzt parallel geschalteter Trockengleichrichter benutzt ist, der mit dem Differentiierkondensator C in Reihe liegt. Trockengleichrichter haben bekanntlich die Eigenschaft, daß ihr Widerstand mit zunehmender Belastung abnimmt. Tritt somit eine starke Beschleunigung des Tastvorschubmotors io ein, so wird der Ladestrom für den Kondensator C entsprechend groß; der Widerstand an dem gerade wirksamen Trockengleichrichter ist entsprechend niedrig und somit auch sein Spannungsabfall relativ klein. Die Dämpfungsspannung, die im Wechselrichter Wr der von der Meßlehre 8 gelieferten Fehlerspannung überlagert wird, verursacht daher nur eine verhältnismäßig schwache Dämpfung der Bewegung des Tastvorschubmotors. Dieser kann also rasch anlaufen oder bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung des Auf spanntisches 5 ohne merkliche Verzögerung seine Bewegung umkehren. Nähert sich, jedoch die Fehlerspannung dem Wert Null, so treten nur mehr geringe Beschleunigungen auf. Der Spannungsabfall an dem wirksamen Widerstand R ist daher verhältnismäßig groß, weil der Widerstand eines Trockengleichrichters bei geringer Belastung groß ist. Dementsprechend tritt auch eine relativ starke Dämpfung der Steuerspannung für den Tastvorschubmotor io ein, so daß nun Pendelungen vermieden werden.It has already been suggested that the armature voltage of the grid-controlled gas or vapor discharge vessels powered tactile feed motor io a differentiating element consisting of a capacitor-resistor arrangement to connect in parallel and that occurring at the resistor differentiated Voltage proportional to the acceleration of the key feed motor in the inverter Wy to superimpose the control voltage. In the present case the arrangement is the same chosen, only with the difference that instead of the linear resistance in the normal differentiation a nonlinear resistance R in the form of two each other opposite dry rectifier connected in parallel is used, the with the differentiating capacitor C is in series. Dry rectifiers are known to have the property that their resistance decreases with increasing load. So kick a strong acceleration of the key feed motor io, the charging current correspondingly large for the capacitor C; the resistance to what is currently in effect Dry rectifier is correspondingly low and so is its voltage drop relatively small. The damping voltage that is determined by the measuring gauge in the inverter 8 supplied error voltage is superimposed, therefore only causes a relatively weak damping of the movement of the tactile feed motor. This can therefore start quickly or with a reversal of the direction of movement of the clamping table 5 without noticeable Delay its motion to reverse. However, the error voltage approaches that If the value is zero, only slight accelerations occur. The voltage drop at the effective resistance R is therefore relatively large because the resistance of a dry rectifier is large at low load. Accordingly occurs also a relatively strong damping of the control voltage for the feeler feed motor io one, so that oscillations are now avoided.

In Fig.2 ist eine Differentiieranordnung dargestellt, die einen linearen Widerstand enthält, dessen Abgriff durch ein Relais geändert wird. io sei wieder der Tastvorschul)motor, der von den gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsgefäßen in der an Hand von Fig. i geschilderten Weise gesteuert werden möge. Parallel zum Anker dieses Motors io liegt in an sich bekannter Weise der Differentiierkondensator C in Reihe mit einem Ohmschen Widerstand R zum Abgreifen der differentiierten Spannung. Dieser Widerstand weist zwei Abgriffe auf, die durch einen Umschaltkontakt a einschaltbar sind, so daß in der dargestellten Ruhelage des Kontaktes dem Wechselrichter Wr ein verhältnismäßig kleiner Anteil der Beschleunigungsspannung zugeführt wird und in der Arbeitslage des Kontaktes a ein relativ großer Anteil. Gesteuert wird der Kontakt a durch ein Relais A, das an der Ankerspannung des Tastvorschubmotors io liegen kann, im Ausführungsbeispiel jedoch zu einem Kondensator C1 parallel geschaltet ist, der in Verbindung mit einem Widerstand R1 eine Glättung der Ankerspannung bewirken soll. Es ist selbstverständlich, daß auch bei der in Fig. i dargestellten Schaltung derartige Glättungsglieder zum Tastvorschubmotor parallel liegen können.2 shows a differentiating arrangement which contains a linear resistor, the tap of which is changed by a relay. io is again the tactile preschool motor, which can be controlled by the grid-controlled gas or vapor discharge vessels in the manner described with reference to FIG. In parallel to the armature of this motor io, the differentiating capacitor C is connected in a manner known per se in series with an ohmic resistor R for tapping off the differentiated voltage. This resistor has two taps which can be switched on by a changeover contact a, so that in the illustrated rest position of the contact a relatively small proportion of the acceleration voltage is fed to the inverter Wr and a relatively large proportion in the working position of the contact a. Contact a is controlled by a relay A, which can be connected to the armature voltage of the push-button feed motor, but in the exemplary embodiment is connected in parallel to a capacitor C1, which, in conjunction with a resistor R1, is intended to smooth the armature voltage. It goes without saying that such smoothing elements can be parallel to the scanning feed motor in the circuit shown in FIG.

Setzt man sinusförmige Antriebscharakteristik des Tastvorschubmotors io voraus, d. h. einen Antrieb, bei dem die größte Beschleunigung eintritt, wenn die Geschwindigkeit am kleinsten ist und umgekehrt, so ergibt sich folgende Wirkungsweise.If one sets sinusoidal drive characteristics of the tactile feed motor io ahead, d. H. a drive with which the greatest acceleration occurs when the speed is the lowest and vice versa, the following mode of action results.

Das Relais A ist so eingestellt, daß es erst bei einer gewissen Spannung, d. h. bei einer gewissen größeren Geschwindigkeit anspricht, von der ab nur mehr relativ kleine Beschleunigungen auftreten. Da hierbei der Kontakt a auf Arbeit umgelegt ist, wird jetzt der Anteil der dem Wechselrichter Wr zugeführten Spannung an der insgesamt am Differentiierglied auftretenden Beschleunigungsspannung relativ groß. Umgekehrt ist im unteren Geschwindigkeitsbereich des Motors io, in dem die großen Beschleunigungen auftreten, der zur Dämpfung herangezogene Anteil der Beschleunigungsspannung kleiner.The relay A is set in such a way that it is only at a certain voltage, d. H. responds at a certain higher speed, from which only more relatively small accelerations occur. Since this is the contact a transferred to work is, the proportion of the voltage supplied to the inverter Wr is now in the overall acceleration voltage occurring at the differentiating element is relatively large. Conversely, in the lower speed range of the motor io, in which the large Accelerations occur, the portion of the acceleration voltage used for damping smaller.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 liegt in Reihe mit dem Differentiierkondensator C eine Parallelschaltung aus dem Widerstand R im Wechselrichter Wr und einer Glimmlampe L. Diese ist ein veränderlicher Widerstand, der bekanntlich die Eigenschaft hat, die an ihm liegende Spannung konstant zu halten. Auf diese Weise wird ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. i eine Ausgleichswirkung in dem Sinne erzielt, daß bei großen Beschleunigungen ein relativ kleiner Anteil und bei geringen Beschleunigungen ein relativ großer Anteil der beschleunigungsproportionalen Spannung zur Dämpfung herangezogen wird.In the embodiment according to FIG. 3, in series with the differentiating capacitor C, there is a parallel circuit of the resistor R in the inverter Wr and a glow lamp L. This is a variable resistor which, as is well known, has the property of keeping the voltage applied to it constant. In this way, similar to the embodiment according to FIG.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for the motorized adjustment of a Object according to a programmatically specified, variable movement, which contains a damping arrangement to avoid oscillation, which of the Adjustment speed of the object derived damping voltage of the servomotor counteracts controlling error voltage, characterized by such a training the damping arrangement that the damping voltage at high accelerations, the in particular in the case of the predetermined ones causing a reversal of the direction of rotation of the servomotor Movements occur, relatively small values and relatively at low accelerations holds great values.

2. Device according to claim i, wherein the damping voltage is tapped at a resistor in series with a capacitor at a the voltage proportional to the setting speed, characterized in that that a dry rectifier serves as a resistor.

3. Device according to claim 2, characterized in that two oppositely connected in parallel as a resistor Serve dry rectifiers.

4 .. Device according to claim i, in which the damping voltage is tapped at a resistor in series with a capacitor at a the setting speed proportional voltage, thereby characterized that the pick-up by a relay depending on the setting speed is changeable.

5. Device according to claim i, wherein the formation of the damping voltage by differentiating the speed-proportional voltage by means of a Capacitor-resistor element takes place, characterized in that the resistor a glow discharge path is parallel. Considered publications: German Patent Nos. 653 574, 674 36o; Electrical engineering and mechanical engineering, 1943, pp. 437 to 449; Yearbook of AEG Research, Vol. 8 (19q.1), pp. 4 to 9.