EP0352324A1 - Anordnung zur fernübertragung des rotationwinkels und torsionmoments zwischen antriebsachse und angetriebener achse - Google Patents

Anordnung zur fernübertragung des rotationwinkels und torsionmoments zwischen antriebsachse und angetriebener achse Download PDF

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EP0352324A1
EP0352324A1 EP88903992A EP88903992A EP0352324A1 EP 0352324 A1 EP0352324 A1 EP 0352324A1 EP 88903992 A EP88903992 A EP 88903992A EP 88903992 A EP88903992 A EP 88903992A EP 0352324 A1 EP0352324 A1 EP 0352324A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
guide
synchronous machine
input
output
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP88903992A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0352324A4 (de
Inventor
Dimitr Tsonev Dimitrov
Ljudmila Ivanovna Matjukhina
Alexandr Sergeevich Mikhalev
Igor Mikhailovich Chushenkov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Belorussky Gosudarstvenny Universitet Imeni VI Lenina
Original Assignee
Belorussky Gosudarstvenny Universitet Imeni VI Lenina
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Belorussky Gosudarstvenny Universitet Imeni VI Lenina filed Critical Belorussky Gosudarstvenny Universitet Imeni VI Lenina
Publication of EP0352324A1 publication Critical patent/EP0352324A1/de
Publication of EP0352324A4 publication Critical patent/EP0352324A4/de
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    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00Electric signal transmission systems
    • G08C19/38Electric signal transmission systems using dynamo-electric devices

Definitions

  • the invention relates to electrical machines, in particular to a device for the rotation angle and power transmission between a guide shaft and an actuating shaft.
  • the currently known master-slave manipulators are mainly used under extreme conditions that are life-threatening for the operator. Therefore, such requirements as high operational reliability are long on the devices for the rotation angle and power transmission between the guide shaft and the actuating shaft, which are kinematically connected to the associated links of the master slave manipulator and ensure their adequate position in space Lifetime, agreement with the parameters of the operator, who has essential adaptive options, as well as high accuracy of the remote transmission of the angle of rotation and force, including rapid changes in the position of the guide shaft and the load torque and thus that on the guide and actuator of the master-slave manipulator.
  • a device for remote transmission of the angle of rotation and force between a guide shaft and a control shaft which is kinematically connected to the guide and control shaft with DC commutator motors, the windings of which are connected to the outputs of amplifiers for amplifying signals which the guide and the actuating commutator motor are controlled, contains position sensors and speed sensors for the shafts of the commutator motors, which are connected to the inputs of the associated comparison elements, the outputs of which to the inputs of the signal amplifiers for controlling the guide and actuating commutator motor are connected (IM Egorov et al. "Projecting bilateral tracking systems"), Moscow, publisher “Mashinostro enie ", 1980, pp. 28 to 29).
  • Such a device ensures a high degree of accuracy in the remote transmission of the angle of rotation and force between the guide shaft and the actuating shaft.
  • the use of the commutator motors in the device mentioned implies the operational reliability and the service life of the same by the fact that the commutator motors each have a commutator and brush unit, which fails quickly, particularly under extreme conditions, in which the master-slave manipulators are practically always operated.
  • the reliability is also reduced by the fact that in the device two A speed sensor and two control signal amplifiers are provided, by means of which the functional units in the two related channels for the remote transmission of angle of rotation and force are doubled, and the low reliability makes it extremely difficult to use such devices in the master slaves ve manipulators.
  • the outputs of the position sensors are connected to the inputs of the first comparison element, which is connected on the output side to one of the inputs of a second comparison element, with the other inputs of which the outputs of the speed sensors are connected and whose output is at the input of a signal amplifier, the signals for the control of the guide and the actuating asynchronous motor.
  • control windings of the asynchronous motors are connected in series and in opposite directions to the output of the control signal amplifier, while their field windings are in the form of an alternating current network (BAPetrov "Manipulatoren”, 1984, publisher “Mashinostroenie” (Leningrad), p.126 to 127) are coupled.
  • the device treated Compared to the prescribed device, the device treated last has a higher reliability and a longer service life under extreme conditions, because there is no brush and commutator unit in it.
  • the reliability of the latter device proves to be inadequate due to the design features of the asynchronous motor, particularly a small air gap between the rotor and the stator, as well as due to considerable heating during operation in some areas of application.
  • the asynchronous motors have a long start-up and braking time, which is short. Accuracy of the remote transmission of angle of rotation and force with rapid changes in the angle of rotation of the guide shaft and the load torque results.
  • a device for remote transmission of the angle of rotation and force between a guide and an actuating shaft which contains a guide and an actuating synchronous machine, the shafts of which with the guide or. Actuating shaft and are kinematically connected to position sensors.
  • the output of one of the position transmitters is connected to the setpoint input of a unit for generating a current in the windings of the guiding and servo synchronous machine, the control input of which is electrically connected to the output of a unit for specifying the value of the amplitude of the stator magnetic fields of the guiding and servo synchronous machine, which is built on a comparison element and is connected on the input side to the outputs of the position transmitter, while the outputs of the unit for generating a current in the windings of the guide and the synchronous machine are connected to the corresponding electrically coupled windings of the guide and the synchronous machine (SU, A, 1.1.76425.) Are connected.
  • the facility mentioned is characterized by a higher reliability and a longer service life under extreme conditions compared to the devices described above, thanks to the use of synchronous machines which do not contain a commutator and brush unit and which have a larger air gap between the rotor and the stator than in the A synchronous machines.
  • the structure of the device is such that the accuracy of the angle of rotation and power transmission is not high enough for some applications of the Easter slave manipulator because a static error occurs in the device due to the fact that the Torques of the synchronous machines are zero if there is no detuning between shafts.
  • This is related to the fact that the magnetic fields of the rotor and the stator of the guiding or synchronous machine are oriented in the same way. This reduces the working accuracy of the master-slave manipulator.
  • the unit for specifying the setpoint of the amplitude of the magnetic fields of the stator of the master and the synchronous machine is constructed on a comparison element, to the inputs of which the outputs of the position sensors are connected, while generating a current in the windings of the master and the synchronous machine in accordance with the absolute value of a signal that arrives at the control input of the unit for generating a current, because the unit for specifying the orientation of the stator magnetic fields of the master and the synchronous machine is built on a summator, which on the input side has the input of a division circuit for division by two is connected, the outputs of the position sensors being connected to the inputs of the summator.
  • the device ensures a higher accuracy of the remote transmission of the force between the guide shaft and the actuating shaft and, because the remote transmission of the angle of rotation takes place simultaneously with the force transmission, a more exact transmission of the angle of rotation.
  • the accuracy proves to be insufficient for some areas of application thereof, in particular as a result of an external load moment. occurring static error.
  • the static error arises because of the same orientation of the magnetic fields of the rotor and stator of the guide and the synchronous machine if the angle of deviation between their shafts is zero, which is due to the peculiarities of the structure of the unit for specifying the orientation of the stator magnetic fields of the guide and Synchronous machine is conditioned.
  • the invention has for its object to develop a device for the rotation angle and power transmission between a guide and a control shaft, in which in the guide and the synchronous machine occurring torques - with the same orientations of the magnetic fields of their runners the accuracy of the angle of rotation and power transmission is increased when the windings of the guide and synchronous machine are switched in opposite directions.
  • the object is achieved in that in the device for the rotation angle and power transmission between a guide and an actuating shaft, which contains a guide and a synchronous synchronous machine, the shafts of which are kinematically linked to the guide or. Actuating shaft and are coupled to position transmitters, the outputs of which are connected to the inputs of a unit for setting the setpoint value for the amplitude of the stator magnetic fields and the synchronous machine, the output of which is electrically connected to the control input of a unit for generating a current in the windings of the synchronous and synchronous machine which unit the outputs are connected to. to the corresponding mutually connected corresponding windings of the guide and the synchronous machine and the output of a unit for setting at the setpoint input.
  • the orientation of the stator magnetic fields of the guide and the synchronous machine lies whose inputs provide information about the position of the shafts of the guide and the synchronous machine. are fed, according to the invention, the unit for specifying the orientation of the stator magnetic fields of the guide and the synchronous machine on the input side with the output of at least one position transmitter and with the output of the unit for specifying the setpoint.
  • the amplitude of the stator magnetic fields of the guidance and positioning synchronous machine is electrically connected.
  • the unit belonging to the device for remote transmission for specifying the orientation of the stator magnetic fields of the guiding and the synchronous machine has a relay, at the input of which a signal arrives which corresponds to the amplitude of the stator magnetic fields Guide and the synchronous machine corresponds to a multiplier, one input of which is at the output of the Relaia, a setpoint generator for a signal associated with the angle of 180 °, which is connected to the other input of the multiplier, and a summator, one input of which contains Output of the multiplier is and at the other input a signal is applied that the situation. the shaft, the leadership resp. Synchronous machine. corresponds.
  • the device for transmitting the angle of rotation and power transmission has a unit for correcting the amplitude of the stator magnetic fields of the master and servo synchronous machine, the input of which is connected to the output of the unit for specifying the setpoint value of the amplitude of the stator magnetic fields of the master and servo synchronous machine and their exit with the entrance of the unit for specifying the orientation of the stator magnetic fields of the guide and the synchronous machine and with the control input of the unit for generating a current in the windings of the guide and the synchronous machine.
  • the device according to the invention ensures a high accuracy of the rotation angle transmission, in particular eliminates. a static error due to the presence of a torque in the guidance and positioning synchronous machine: with the same orientation of the magnetic fields of their rotors. This increases the rapid action of the device in the event of small deviations between the waves, and creates more comfortable conditions for the operator's work by not having to correct his actions in order to compensate for the static error. Because the angles between the magnetic fields aer rotor and stator of the synchronous machines are close in amount, a high accuracy of the transfer of forces to the guide shaft is ensured. As a result, the parameters of the device for transmitting the angle of rotation and the remote transmission of force match the characteristics of the operator. In addition to the high reliability of the device, all of this contributes to an increase in the quality of the operations to be carried out by a biotechnical operator-manipulator system
  • the device for remote transmission of the angle of rotation and force between a guide and an actuating shaft contains a guide and an actuating synchronous machine I or 2.
  • FIG. I the shafts 3 and 4 of which with the associated guide and actuating shaft 5 and 6 - in the embodiment to be described via couplings 7, 8 - kinematically coupled.
  • gears (not shown).
  • the synchronous machines I, 2 are provided with position sensors 9, 10 for their shafts.
  • the outputs of the position transmitters 9, 10 are connected to the respective inputs of a unit II for specifying the sell value of the amplitude of the stator magnetic fields of the guiding and positioning synchronous machine, the output of which - in the embodiment to be described directly - to the control input I2 of a unit I3 for generating a Current in the wick Lungs of the leadership and the synchronous machine is electrically connected.
  • the outputs of the unit 13 for generating a current in the windings, the number of the number of windings of the synchronous machines I, 2 is the same, b to the entgenduce interconnected, corresponding windings of the guiding and actuating synchronous machine I or down.
  • the output is located at the setpoint input 14 of the unit 13 for generating a current in the windings.
  • a unit 15 for specifying the orientation of stator magnetic fields of the guiding and the synchronous machine the inputs of which are electrically connected to the output of at least one position transmitter 9 or 10 and the unit II for specifying the setpoint of the amplitude of the stator magnetic fields.
  • the input I6 of the unit 15 for specifying the orientation is connected to the output of the position transmitter 9 and the input I7 is connected to the output of the unit II for specifying the setpoint of the amplitudes.
  • this unit 15 contains a relay I8 (FIG. 2), which is constructed, for example, on a S chmitt trigger, the Input serves as input 17 of unit 15 for specifying the orientation and is fed in with a signal which is assigned to the amplitude of the stator magnetic fields of the guide and actuating synchronous machine I or 2, and the output of which is connected to an input of a multiplier 19, to the latter other input a setpoint generator 20 for an angle of 180 ° corresponding signal is switched.
  • a relay I8 FIG. 2
  • the Input serves as input 17 of unit 15 for specifying the orientation and is fed in with a signal which is assigned to the amplitude of the stator magnetic fields of the guide and actuating synchronous machine I or 2, and the output of which is connected to an input of a multiplier 19, to the latter other input a setpoint generator 20 for an angle of 180 ° corresponding signal is switched.
  • the output of the multiplier 19 is at an input of a summator 21, the other input of which is used as the input 22 of the unit 15 for specifying the orientation of the stator magnetic fields, the output of the position transmitter 10 being connected to the unit 15 in the embodiment to be considered.
  • the unit 15 contains a circuit 23 (FIG. 3) for determining the polarity of a signal which corresponds to the amplitude of the stator magnetic fields of the guiding and actuating synchronous machine I or 2 corresponds, wherein this circuit in the embodiment in question is based on an operational amplifier with open feedback and the input of this circuit serves as input 17 of the unit 15 for specifying the orientation.
  • the output of the circuit 23 for determining the polarity of a signal is connected to an input of a multiplier 24, to the other input of which a setpoint generator 25 is connected for a signal corresponding to the angle of 90 °.
  • the output of the multiplier 24 is connected to an input of a summator 26, the other input of which connects the output of a division circuit 27 for division by two, the input of which is at the output of a summator 28.
  • the inputs of the summator 28 form inputs 29, 30 of the unit 15 x for specifying the orientation, which are each connected to the outputs of the position sensors 9, 10.
  • the input of a unit 3I for correcting the is at the output of unit II (FIG. 4) for specifying the setpoint value for the amplitude of the stator magnetic fields, which unit is based on a comparison element in the embodiment to be described Amplitude of the stator magnetic fields of the guide and the synchronous machine switched, the output of which with input 17 of unit I5 for specifying the orientation of the stator magnetic fields and control input 12 of unit I3 for generation a current in the windings is connected.
  • the input of the amplitude correction unit 3I is the input of an integrator 32 and an input of a summator 33, these two inputs being connected together. Another input of the summator 33 is connected to the output of the integrator 32. The output of the summator 33 forms the output of the correction unit 3I.
  • the respective windings of the stands of the synchronous machines are connected in opposite directions, and this connection can be both parallel and serial.
  • three-phase synchronous machines I, 2 are used in the device, ie those with three windings.
  • the structure of the unit I3 for generating a current in the windings shown in FIG. 4 is determined by the fact that information about the amplitude and the orientation of the stator magnetic fields of the synchronous machines I, 2 is entered as codes at their control and setpoint input I2 or 14 # ref-.
  • the setpoint input I4 of the unit I3 for generating a current in the windings is an address input of a read-only memory 34 with codes of the durations and polarity of the power supply pulses of the windings of the synchronous machines I, 2 stored therein.
  • the output bus of the read-only memory 34 is to the control inputs 35 of the converter 36 connected to convert a code into pulse duration, the number of windings of each synchronous machine I or 2 is the same.
  • Each converter 36 includes in the embodiment to be described a down counter 37, whose set input is used as control input 35 of the converter 36, and a 2-Fingangs AND gate 38, the output of the S ub Thermalionseingang 39 of the down counter is connected 37th
  • the inverting bit output of the down counter 37 is connected to the input 40 of the logic AND gate 38 and forms the output of the converter 36.
  • the basic circuit diagram in FIG. 4 is only one Converter 36 shown.
  • each changeover switch 42 contains two 2-input AND gates 43, 44, the first inputs of which are connected together and serve as input 4I of the changeover switch 42.
  • the second input of the logic AND gate 43 is connected to the input of an inverter 45, serves as a setpoint input 46 for the polarity of the pulses of the switch 42 and is connected to the respective output of the read-only memory 34.
  • the output of the negator 45 is connected to the second input of the logic AND gate 44.
  • the outputs of the logic AND gates 43, 44 are connected to the control inputs of the switches 47, 48, the power inputs of which are connected to a voltage source 49, the outputs of these switches being combined and as the output of the switch 42 or as the output of the unit I3 serve to generate a current, which, as has been stated above, is connected to corresponding windings of the guide and the synchronous machine I, 2.
  • the circuit diagram of only one switch 42 is shown in FIG.
  • the control input I2 of the unit I3 for generating a current in the windings is the input of a circuit 50 for determining the module of the control signal, the output of which is connected to the set input 5I of a down counter 52, the borrow output of which is connected to the write input of this counter 52 and to certain inputs of the code-pulse-duration converter 36 are connected for the setpoint specification of the pulse duration.
  • the second input of the logic AND gate 38 functions as the input 53 of each converter 36.
  • the output of a control generator 55 which is also connected to the input of a frequency divider 56, is connected to the subtraction input 54 of the down counter 52.
  • the output of the frequency divider 56 is connected to the write inputs 57 of the code pulse.
  • permanent converter 36 connected.
  • An associated input of the down counter 37 functions as the write input 57 of each converter 36.
  • the device for the angle of rotation and power transmission between a guide shaft and an actuating shaft works as follows.
  • an orientation of the magnetic fields ⁇ sz , ⁇ si of the stands of the guide and actuating synchronous machine I, 2 is predetermined such that the angle between the magnetic field ⁇ rz of the rotor of the guide synchronous machine I or the magnetic field ⁇ i of the rotor of the synchronous machine 2 and the associated magnetic field ⁇ sz or ⁇ si of the stator remains constant (or changes in a range which is due to the presence of an electromagnetic time constant). This can be achieved, for example, by using the windings of the. Stator of the synchronous machines I, 2 voltages generated, the vector sum with a constant amount with angle
  • ⁇ or ⁇ ri a constant angle ( ⁇ rz , ⁇ sz ) is specified, while to increase the efficiency it is advantageous to specify this angle equal to 90 °.
  • the angle between the vectors of the magnetic fields ⁇ sz , ⁇ s si of their stator is 180 °.
  • the output signal of unit 15 is changed to specify the orientation such that the magnetic fields ⁇ sz , ( ⁇ si of the stator of synchronous machines I, 2 are inverted, ie their directions are reversed
  • the reversal is carried out by adding a signal corresponding to the angle of 180 ° to the signal of this position transmitter 9 or 10. In the embodiment to be described, the reversal takes place with the aid of the relay 18 (Fig.
  • the circuit 23 for determining the polarity of the output signal of the unit II for specifying the desired value for the amplitude of the stator magnetic fields gives at the output a signal equivalent to the "I” at one polarity of the output signal from the unit II and a signal equivalent to the "-I" at the opposite polarity from.
  • the correction unit 31 is used as a parallel connection an integrator and a summator 33, the equilibrium state in the device for the rotation angle and remote force transmission can only be achieved if there is no deviation between the guide shaft and the actuating shaft 5 or 6, ie if ⁇ z and ⁇ i are the same.
  • a code corresponding to an orientation of the stator magnetic fields of the synchronous machines I, 2 passes to the address inputs of a read-only memory 34, in which codes of the durations and the polarity of the power supply pulses for three windings of the synchronous machines I, 2 are stored.
  • These codes provide an orientation of the stator magnetic fields of the synchronous machines I, 2 for the devices whose functional circuit diagrams are shown in FIGS. I, 2, 4, perpendicular to the direction of ⁇ or ⁇ ri and for the device whose functional circuit diagram is shown in FIG. 3 , in a direction that is specified by the code from the output of the unit I5 for specifying the orientation of the magnetic fields.
  • the codes associated with the durations of the power supply pulses are entered from the read-only memory 34 into the down counters 37 via the control inputs 35 of the code pulse duration converters 36 (only one counter 37 is shown in the drawing).
  • the frequency with which these codes are entered is constant, the entry of which takes place with the pulses from the output of a frequency divider 56 which serves to divide the frequency of the control generator 55 and which arrive at the write inputs of the converter 36.
  • 37 signals of logic one appear at the inverting borrow outputs of the down counters 37, which predetermine the start of the power supply pulses of the windings of the stator of the synchronous machines I, 2.
  • the logic ones also appear at the inputs 40 of the logic AND gates 38, causing the passage of the pulses from the borrow output of the down counter 52 through logic AND gates to the. Subtraction inputs 39 of the counter 37 is released.
  • the Folgereriode of the pulses is equal to a sequence p eriode the Impul se of the control generator 55, which is multiplied by a code corresponding to the absolute value of the control signal, which arrives from the output of the circuit 50 for determining the module of the control signal at the set input 51 of the down counter 52, and thus this code is also the duration of the pulses at the doring outputs the down counter 37 is proportional.
  • the sleeve ends D to said Borg outputs when the numbers are in the down counters 37 equal to zero, this occurs at the Borg outputs a logic 0 signal the arrival of the pulses from Borg output of the down counter 52 to the subtracting inputs 39 of the down counter 37 blocks via the logical AND gates 38.
  • the windings are switched using the switches 47 or 48 by the logic AND elements 43 or 44 are controlled, connected to one or the other pole of a voltage source 49. This ensures that the effective values of the voltage at the stator windings of the synchronous machines I, 2 are proportional to the code at the control input I2 of the unit 13 for generating a current in the windings.
  • ⁇ sz and ⁇ si are also flown by the same angle.
  • the amplitudes of the magnetic fields ⁇ sz , ⁇ si and the torques M I , M 2 increase, which, with unchangeable M i, causes the actuating shaft 6 to rotate by the same angle ⁇ a .
  • the rotation in the opposite direction also takes place in a similar manner, the deviation angle between the shafts being equal to zero due to the proposed correction of the amplitude.
  • the polarity of the output signal of the unit II for specifying the desired value for the amplitude and thus the unit 31 for correcting the amplitude changes which leads to the reversal of the magnetic fields ⁇ sz , ⁇ si of the stator of the synchronous machines I, 2 leads.
  • the initial orientation of the magnetic fields of the synchronous machines is indicated by dashed lines and a new orientation of the stator magnetic fields ⁇ sz , ⁇ si .
  • the reversal occurs when the amplitude of the stator magnetic fields ⁇ sz , ⁇ si of synchronous machines I, 2 becomes zero, whereupon their amplitude is increased until a new state of equilibrium is established.
  • the directions of action of the torques M I , M 2 change , and the operator therefore feels the change in the direction of the loading torque M i by changing the direction of a force acting on his hand on the part of the guide shaft 5.
  • Fig. 6c a phasor diagram for the magnetic fields ⁇ is sz, ⁇ si S y nchronmaschinen I; 2 when they are reversed, which fields are identical to those shown earlier in FIG. 5c.
  • FIG. 7c A reversal of the magnetic fields ⁇ sz , ⁇ si is shown in FIG. 7c, which causes a change in the direction of the torques M, M2.
  • the reversal is carried out when the amplitudes of the magnetic fields ⁇ sz , ⁇ si become zero.
  • is rotated from the position indicated in Fig. 7D by the solid line orientation of the guide shaft 5 by the surgeon counter clockwise direction by the angle, they will be rotated like si h nlichende by the angle ⁇ / 2, the fields ⁇ ⁇ sz.
  • the invention can be used in robot technology, in particular in master-slave manipulators.

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Abstract

Die Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle, bei welcher die Führungs- und die Stellsynchronmaschine (1, 2) über ihre Wellen (3, 4) mit den Positionsgebern (9, 10) kinematisch verbunden sind, deren Ausgänge an die Eingänge einer Einheit (11) zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Synchronmaschinen angeschlossen sind, deren Ausgang mit dem Steureingang (12) der Einheit (13) zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Synchronmaschinen elecktrisch verbunden ist. Die Ausgänge der Einheit (13) sind an die entgegengesetzt miteinander verbundenen entsprechenden Wicklungen der Synchronmaschinen (1, 2) angeschlossen, der Sollwertvorgabeeingang (14) der Einheit (13) steht mit dem Ausgang der Einheit (15) zur Vorgabe der Orientierung der Stäandermagnetfelder der Synchronmaschinen in Verbindung. Die Eingänge (16, 17) der Einheit (15) zur Vorgabe der Orientierung sind mit dem Ausgang mindestens eines Positionsgebers (9) und mit dem Ausgang der Einheit (11) zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Magnetvelder elektrisch verbunden.

Description

    Gebiet der Technik
  • Die Erfindung betrifft elektrische Maschinen, insbesondere eine Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs-und einer Stellwelle.
  • Stand der Technik
  • Die zur Zeit bekannten Master-Slave-Manipulatoren werden im wesentlichen unter extremalen Bedingungen eingesetzt, die für den Bediener(Operateur) lebensgefährlich sind. Daher werden an die Einrichtungen zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen der Führungs-und der Stellwelle , die mit den zugeordneten Gliedern des Master-Sla ve-Manipulators kinematisch verbunden sind und deren adäquate Lage im Raum sicherstellen, solche Forderungen wie hohe Betriebszuverlässigkeit, lange Lebensdauer, Übereinstimmung mit den Parametern des Operateurs, der über wesentliche adaptive Möglichkeiten verfügt, sowie hohe Genauig - keit der Fernübertragung von Drehwinkel und Kraft, darunter auch bei schnellen Änderungen der Lage der Führungswelle und des Belastungsmomentes und damit der an dem Führungs-und dem Stellorgan des Master-Slave-Manipulators entwickelten Kraft gestellt.
  • So ist beispielsweise eine Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs-und einer Stellwelle bekannt, welche mit der Führungs-und der Stellwelle kinematisch verbundena Gleichstrom-Kommutatormotoren, deren Wicklungen mit den Ausgängen von Verstärkern zur Verstärkung von Signalen verbunden sind, mit denen der Führungs- und der Stell-Kommutatormotor gesteuert werden, Positionsgeber und Drehzahlgeber für die Wellen der Kommutatormotoren enthält, die mit den Eingängen der zugehörigen Vergleichselemente verbunden sind, deren Ausgänge an die Eingänge der Signalverstärker für die Steuerung des Führungs-und des Stell-Kommutatormotors angeschlossen sind (I.M. Egorov u.a. "Projektierung von bilateral wirkenden Nachführungssystemen" )., Moskau, Verlag "Mashinostroenie", 1980, S.28 bis 29). Solch eine Einrichtung gewährleistet eine hohe Genauigkeit bei der Fernübertragung von Drehwinkel und Kraft zwischen der Führungs-und der Stellwelle . Die Anwendung der Kommutatormotoren in der genannten Einrichtung setzt jedoch die Betriebszuverlässigkeit und die Lebensdauer derselben dadurch herab, daß die Kommutatormotoren jeweils über eine Kommutator-und Bürsteneinheit verfügen, die besonders unter extremalen Bedingungen schnell ausfällt, unter denen die Master-Slave-Manipulatoren praktisch immer betrieben werden. Darüber hinaus wird die Zuverlässigkeit ebenfalls dadurch vermindert, daß in der Einrichtung zwei Drehzahlgeber und zwei Steuersignalverstärker vorhanden sind, durch welche eine Verdopplung der Funktionseinheiten in den zwei im Zusammenhang stehenden Kanälen für die Fernübertragung von Drehwinkel und Kraft verwirklicht ist. Die niedrige Zuverlässigkeit erschwert äußerst die Verwendung derartiger Einrichtungen in den Master-Slave-Manipulatoren.
  • Bekannt ist auch eine Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs-und einer Stellwelle , welche einen Führungs-und einen Stell-Asynchronmotor enthält, deren Wellen mit der Führungs- bzw. Stellwelle, den Positions-und Drehzahlgebern kinematisch verbunden sind. Die Ausgänge der Positionsgeber sind an die Eingänge des ersten Vergleichselementes angeschlossen , das ausgangsseitig an einen der Eingänge eines zweiten Vergleichselementes geschaltet ist, mit dessen anderen Eingängen die Ausgänge der Drehzahlgeber in Verbindung stehen und dessen Ausgang am Eingang eines Signalverstärker liegt, der Signale für die Steuerung des Führungs-und des Stell-Asynchronmotors liefert. An den Ausgang des Steuersignalverstärkers sind in Reihe und gegensinnig die Steuerwicklungen der Asynchronmotoren geschaltet, während deren Feldwicklungen als Wechselstromnetz (B.A.Petrov "Manipulatoren",1984, Verlag "Mashinostroenie" (Leningrad), S.126 bis 127) angekoppelt, sind.
  • Gegenüber der vorgeschriebenen.Einrichtung besitzt die zuletzt behandelte Einrichtung eine höhere Zuverlässigkeit und eine längere Lebensdauer unter extremalen Bedingungen, weil in dieser keine Bürsten-und Kommutatoreinheit vorhanden ist. Jedoch erweist sich die Zuverlässigkeit der letzteren Einrichtung infolge der konstruktiven Besonderheiten des Asynchronmotors, insbesondere eines kleinen Luftspaltes zwischen Läufer und Ständer, sowie wegan einer beträchtlichen Erhitzung beim Betrieb in einigen Anwendungsgebieten als unzureichend. Außerdem weisen die Asynchronmotoren eine lange Anlauf-und Bremszeit auf, was eine geringe. Genauigkeit der Fernübertragung von Drehwinkel und Kraft bei schnellen Änderungen des Drehwinkels der Führungswelle und des Belastungsmomentes zur Folge hat.
  • Es ist ferner eine Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs-und einer Stellwelle bekannt, welche eine Führungs-und eine Stellsynchronmaschine enthält, deren Wellen mit der Führungs-bzw. Stellwelle und mit Positionsgebern kinematisch verbunden sind. Der Ausgang eines der Positionsgeber ist an den Sollwertvorgabeeingang einer Einheit zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine geschaltet, deren Steuereingang mit dem Ausgang einer Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude dar Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine elektrisch verbunden ist, die auf einem Ver - gleichselement aufgebaut und eingangsseitig mit den Ausgängen der Positionsgeber verbunden ist, während die Ausgänge der Einheit zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine an die miteinander elektrisch gekoppelten entsprechenden Wicklungen der Führungs- und der Stellsynchronmaschine (SU,A,1.1.76425.) angeschlossen sind.
  • Die genannte Einrichtung zeichnet sich durch eine höhere Zuverlässigkeit und eine längere Lebensdauer unter extremalen Bedingungen gegenüber den obenbeschriebenen Einrichtungen dank der Verwendung von Synchronmaschinen aus, die keine Kommutator-und Bürsteneinheit enthalten und einen größeren Luftspalt zwischen Läufer und Ständer als bei den Asynchronmaschinen haben . Jedoch ist die Struktur der Einrichtung eine solche, daß die Genauigkeit der Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung nicht hoch genug für einige Anwendungsgebiete des Easter-Slave-Manipulators ist, weil in der Einrichtung ein statischer Fehler auftritt, der dadurch bedingt ist, daß, die Drehmomente der Synchronmaschinen gleich Null sind, wenn keine Verstimmung zwischen Wellen vorliegt. Dies hängt damit zusammen, daß dabei die Magnetfelder des Läufers und des Ständers der Führungs-oder Stellsynchronmaschine in gleicher Weise orientiert sind. Das genannte setzt die Arbeitsgenauigkeit des Master-Slave-Manipulators herab.
  • Bekannt ist auch eine Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernubertragung zwischen einer Fuhrungs-und einer Stellwelle , welche eine Führungs-und eine Stellsynchronmaschine enthält, deren Wellen jeweils mit der Führungs-und der Stellwelle und mit Positionsgebern kinematisch verbunden sind, die ausgangsseitig an die Eingänge der Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Magnetfelder der Ständer der Führungs-und der Stellsynchronmaschine angeschlossen sind, deren Ausgang mit dem Steuereingang einer Einheit zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine elektrisch verbunden ist, wobei die Ausgänge der letztgenannten Einheit an die entgegengesetzt miteinander verbundenen entsprechenden Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine angeschlossen sind und am Sollwertvorgabeeingang derselben Einheit der Ausgang einer Einheit zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine liegt, deren Eingängen Informationen über die Lage der Wellen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine zugeleitet werden (SU,A,1257690).
  • Bei der erwähnten Einrichtung ist die Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Magnetfelder der Ständer der Führungs-und der Stellsynchronmaschine auf einem Vergleichselement aufgebaut, an dessen Eingänge die Ausgänge der Positionsgeber angeschlossen sind, während die Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine entsprechend dem Absolutwert eines Signals erfolgt, das am Steuereingang der Einheit zur Erzeugung eines Stromes eintrifft, weil die Einheit zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine auf einem Summator aufgebaut ist, der eingangsseitig mit dem Eingang einer Divisionsschaltung zur Teilung durch zwei verbunden ist, wobei an die Eingänge des Summators die Ausgänge der Positionsgeber angeschlossen sind.
  • Die zuletzt geschilderte. Einrichtung gewährleistet eine höhere Genauigkeit der Fernübertragung der Kraft zwischen der Führungs-und der Stellwelle und dadurch, daß die Fernübertragung des Drehwinkels gleichzeitig mit der Kraftübertragung erfolgt , eine exaktere übertragung des Drehwinkels. Bei Verwendung der Einrichtung in einem Master-Slave-Manipulator erweist sich jedoch die Genauigkeit für einige Anwendungsgebiete derselben als unzureichend, insbesondere infolge eines unter der Wirkung äußerer Lastmomenta. auftretenden statischen Fehlers. Der statische Fehler entsteht aber wegen gleicher Orientierung der Magnetfelder der Läufer und Ständer der Führungs-und der Stellsynchronmaschine, wenn der Abweichungswinkel zwischen deren Wellen gleich Null ist, was durch die Besonderheiten der Struktur der Einheit zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine bedingt ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs-und einer Stellwelle zu entwickeln, bei der durch in der Führungs-und der Stellsynchronmaschine auftretende Drehmomente- bei gleichen Orientierungen der Magnetfelder ihrer Läufer die Genauigkeit der Drehwinkel-und Kraftübertragung bei gegensinniger Schaltung der Wicklungen der Führungs-und Stellsynchronmaschine erhöht wird.
  • Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs-und einer Stellwelle ,welche eine Führungs-und eine Stellsynchronmaschine enthält, deren Wellen kinematisch mit der Führungs-bzw. Stellwelle und mit Positionegebern gekoppelt sind,deren Ausgänge an die Eingänge einer Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder dar Führungs-und der Stellsynchronmaschine geschaltet sind, deren Ausgang mit dem Steuereingang einer Einheit zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine elektrisch verbunden ist, bei welcher Einheit die Ausgänge. an die entgegengesetzt miteinander verbundenen, entsprechenden Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine angeschlossen sind und am Sollwertvorgabeeingang der Ausgang einer Einheit zur Vorgabe. der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine liegt, deren Eingängen Informationen über die Lage der Wellen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine. zugeleitet werden, erfindungsgemäß die Einheit zur Vorgabe, der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine eingangssei tig mit dem Ausgang mindestens eines Positions-gebers und mit dem Ausgang der Einheit zur Sollwertvorgabe. der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs-und Stellsynchronmaschine elektrisch verbunden ist.
  • Es ist zweckmäßig, daß die zur Einrichtung zur Fernübertragung gehörende Einheit zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine ein Relais, an dessen Eingang ein Signal eintrifft, das der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine entspricht, einen Multiplizierer, dessen einer Eingang am Ausgang des Relaia liegt, einen Sollwertgeber für ein dem Winkel von 180° zugeordnetes Signal, der an den anderen Eingang des Multiplizierers angeschlossen ist, und einen Summator enthält, dessen einer Eingang am Ausgang des Multiplizierers liegt und an dessen anderen Eingang ein Signal angelegt wird, das der Lage. der Welle, der Führungs-bzw. Stellsynchronmaschine. entspricht.
  • Es ist vorteilhaft, daß bei der Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung beim Anschluß der Einheit zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine an die. Ausgänge beider Positionsgeber die genannte Einhei.t eine Schaltung zur Bestimmung der Polarität eines Signals, das der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine entspricht, einen Multiplizierer, dessan einer Eingang an den Ausgang der Schaltung zur Bestimmung der Polarität eines Signals angeschlossen ist, einen Sollwertgeber für ein dem Winkel von 90° entsprechendes Signal, welcher. an den anderen Eingang des Multiplizierers gelegt ist, einen ersten Summator, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Multiplizierers verbunden ist, eine Divisionsschaltung zur Teilung durch zwei, deren Ausgang an den anderen Eingang des ersten Summators angeschlossen ist, und einen zweiten Summator enthält, dessen Ausgang an den Eingang der Divisionsschaltung zur Teilung durch zwei geführt ist und an dessen Eingänge Signale eintreffen, die den Lagen der Wellen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine entsprechen.
  • Es ist effektiv, daß die Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung eine Einheit zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs-und Stellsynchronmaschine aufweist, deren Eingang an den Ausgang der Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine gelegt ist und deren Ausgang mit dem Eingang der Einheit zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine und mit dem Steuereingang der Einheit zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine in Verbindung steht.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung gewährleistet eine hohe Genauigkeit der Drehwinkelübertragung, beseitigt insbesondere. einen statischen Fehler durch Vorhandensein eines Drehmomentes in der Führungs-und Stellsynchronmaschine: bei gleicher Orientierung der Magnetfelder ihrer Läufer. Dadurch wird die Schnellwirkung der Einrichtung bei kleinen Abweichungen zwischen den Wellen erhöht, komfortablere.Bedingungen für die Arbeit des Operateurs dadurch geschaffen, daß er seine Handlungen nicht korrigieren muß, um den statischen Fehler zu kompensieren. Dadurch, daß die Winkel zwischen den Magnetfeldern aer Läufer und Ständer der Synchronmaschinen betragsmäßig nahe sind, wird eine hohe Genauigkeit der Übertragung von Kräften auf die Führungswelle gesichert. Infolgedessen wird die Übereinstimmung der Parameter der Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung mit den Charakteristiken des Operateurs erreicht. All dies trägt neben der hohen Zuverlässigkeit der Einrichtung zu einer Erhöhung der Qualität der von einem biotechnischen System Operateur-Manipulator auszuführenden Operationen beio
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Im weiteren wird die Erfindung an Hand ihrer konkreten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. I ein Funktionsschaltbild einer erfindungsgemässen Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und Stellwelle mit Anschluss einer Einheit zur Vorgabe der Orientierung von Ständermagnetfeldern einer Führungs- und einer Stellsynchronmaschine an einen der Positionsgeber;
    • Fig. 2 dito wie in Fig. I mit einem Funktionsschaltbild der Einheit zur Vorgabe von Ständermagnetfeldern der Führungs- und der Stellsynchronmaschine, wobei diese Einheit an einen anderen Positionsgeber angeschlossen ist;
    • Fig. 3 dito wie in Fig. I mit einer anderen Variante des Funktionschaltbildes der Einheit zur Vorgabe der Orientierung von Ständermagnetfeldern des Führungs- und der Stellsynchronmaschine, wobei diese Einheit an beide Positionsgeber angeschlossen sind;
    • Fig. 4 dito wie in Fig. 2 mit Funktionsschaltbildern einer Einheit zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen.der Führungs- und der Stellsynchronmaschinen und einer Einheit zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine;
    • Fig. 5 (a, b, c, d) Zeigerdiagramme der Magnetfelder der Ständer und Läufer der Synchronmaschine für die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Einrichtung;
    • Fig. 6 (a, b, c, d) Zeigerdiagramme der Magnetfelder der Ständer und Läufer der Synchronmaschinen für die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Einriottung;
    • Fig. 7 (a, b, c, d) Zeigerdiagramme der Magnetfelder der Ständer und Läuver der Synchronmaschinen für die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Einrichtung.
    Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
  • Die Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle enthält eine Führungs- und eine Stellsynchronmaschine I bzw. 2.(Fig. I), deren Wellen 3 bzw. 4 mit der zugehörigen Führungs- und Stellwelle 5 bzw. 6 - in der zu beschreibenden Ausführungsform über Kupplungen 7, 8 - kinematisch gekoppelt sind. Zur Verminderung der Drehgeschwingigkeit der Führungs- und der Stellwelle 5 bzw. 6 wird die Verbindung derselben mit den Wellen 3, 4 der Führungs- und Stellsynchronmaschine I bzw. 2 über Getriebe (nicht gezeigt) realisiert.
  • Die Synchronmaschinen I, 2 sind mit Positionsgebern 9, 10 für ihre Wellen versehen. Die Ausgänge der Positionsgeber 9, 10 sind an die jeweiligen.Eingänge einer Einheit II zur Sellwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine angeschlossen, deren Ausgang- bei der zu beschreibenden Ausführungsform unmittelbar - an den Steuereingang I2 einer Einheit I3 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs- und der Stellsynchronmaschine elektrisch angeschlossen ist. Die Ausgänge der Einheit 13 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen, deren Anzahl der Anzahl der Wicklungen der Synchronmaschinen I,2 gleich ist, sind ban die entgengesetzt miteinander verbundenen, entsprechenden Wicklungen der Führungs- und Stellsynchronmaschine I bzw. 2 gelegt. Da die Anzahl von Wicklungen der Synchronmaschine I der Anzahl der Wicklungen der Synchronmaschine 2 gleich ist und die Wicklungszahl bei verschiedenen Synchronmaschinentypen uhterschiedlich sein kann, sind in Fig. I die Wicklungen selbst nicht gezeigt, während die Verbindung der Einheit 13 zur Erzeugung eines Stromes mit den Wicklungen und die elektrische Kopplung zwischen den Wicklungen in Form einer Linie schematisch gezeigt sind.
  • Am Sollwertvorgabeeingang 14 der Einheit 13 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen liegt der Ausgang. einer Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung von Ständermagnetfeldern der Führungs- und der Stellsynchronmaschine, deren Eingänge mit dem Ausgang mindestens eines Positionsgebers 9 oder 10 und der Einheit II zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder elektrisch verbunden sind. In der zu betrachtenden Ausführungsform der Einrichtung ist der Eingang I6 der Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung an den Ausgang des Positionsgebers 9 und der Eingang I7 an den Ausgang der Einheit II zur Sollwertvorgabe der Ampltiude angeschlossen.
  • - Bei Anschluss des Positionsgebers 9 der Führungssynchronmaschine I oder des Positionsgebers IO des Stellsynchronmaschine 2 an die erwähnte Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung enthält diese Einheit 15 ein Relais I8 (Fig. 2), das z.B. auf einem Schmitt-Trigger aufgebaut ist, dessen Eingang als Eingang 17 der Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung dient und mit einem Signal eingespeist wird, das der Ampltiude der Ständermagnetfelder der Führungs- und Stellsynchronmaschine I bzw. 2 zugeordnet ist, und dessen Ausgang an einen Eingang eines Multiplizierers 19 angeschlossen ist, an dessen anderen Eingang ein Sollwertgeber 20 für ein dem Winkel von 180° entsprechendes Signal geschaltet ist. Der Ausgang des Multiplizierers 19 liegt an einem Eingang eines Summators 21, dessen anderer Eingang als Eingang 22 der Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder benutzt wird, wobei an die Einheit 15 bei der zu betrachtenden Ausführungsform der Ausgang des Positionsgebers 10 angeschlossen ist.
  • Bei Anschluss beider Positionsgeber 9, 10 an die Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder enthält die Einheit 15 eines Schaltung 23 (Fig.3) zur Bestimmung der Polarität eines Signals, das der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und Stellsynchronmaschine I bzw. 2 entspricht,wobei diese Schaltung bei der-in Rede stehenden Ausführungsform auf der Basis eines-Operationsverstärkers mit offener Rückkopplung ausgeführt ist und der Eingang dieser Schaltung als Eingang 17 der Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung dient. Der Ausgang der Schaltung 23 zur Bestimmung der Polarität eines Signals liegt an einem Eingang eines Multiplizierers 24, an dessen anderen Eingang ein Sollwertgeber 25 für ein dem Winkel von 90° entsprechendes Signal angeschlossen ist. Der Ausgang des Multiplizierers 24 ist an einen Eingang eines Summators 26 angeschlossen, mit dessen anderem Eingang der Ausgang einer Divisionsschaltung 27 zur Tei - lung durch zwei verbunden ist, deren Eingang am Ausgang eines Summators 28 liegt. Die Eingänge des Summators 28 bilden Eingänge 29, 30 der Einheit 15 xzur Vorgabe der Orientierung, welche jeweils an die Ausgänge der Positionsgeber 9, 10 angeschlossen sind.
  • Zur Erhöhung der Genauigkeit der Drehwinkel- und Kraftübertragung ist an den Ausgang der Einheit II (Fig.4) zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder, welche Einheit bei der zu beschreibenden Ausführungsform auf einem Vergleichselement aufgebaut ist, der-Eingang einer Einheit 3I zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führüngs- und der Stellsynchronmaschine geschaltet, deren Ausgang mit dem Eingang 17 der Einheit I5 zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder und dem Steuereingang 12 der Einheit I3 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen verbunden ist. Als Eingang der Amplitudenkorrektureinheit 3I dienen bei der zu beschreibenden Ausführungsform der Eingang eines Integrators 32 und ein Eingang eines Summators.33, wobei diese beiden Eingänge zusammengeschaltet sind. Ein anderer Eingang des Summators 33 steht mit dem Ausgang des Integrators 32 in Verbindung. Der Ausgang des Summators 33 bildet den Ausgang der Korrektureinheit 3I.
  • Bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen der Einrichtung sind die jeweiligen Wicklungen der Ständer der Synchronmaschinen gegensinnig geschaltet, wobei diese Verbindung sowohl parallel als auch seriell sein kann. Ausserdem sind, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, in der Einrichtung Drehstrom-Synchronmaschinen I, 2 benutzt, d.h. solche mit drei Wicklungen. Dabei ist die in Fig. 4 gezeigte Struktur der Einheit I3 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen dadurch festgelegt, dass an deren Steuer- und Sollwertvorgabeeingang I2 bzw. 14 Informationen über die Amplitude und die Orientierung der Ständermagnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 als Kodes ein#ref- fen. Als Sollwertvorgabeeingang I4 der Einheit I3 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen dient ein Adresseingang eines Festwertspeichers 34 mit in diesem abgelegten Kodes der Dauern und Polarität der Stromversorgungsimpulse der Wicklungen der Synchronmaschinen I, 2. Der Ausgabebus des Festwertspeichers 34 ist an die Steuereingänge 35 der Umsetzer 36 zur Umwandlung eines Kodes in Impulsdauer angeschlossen, deren Anzahl der Zahl der Wicklungen jeder Synchronmaschine I bzw. 2 gleich ist. Jeder Umsetzer 36 enthält in der zu beschreibenden Ausführungsform einen Rückwärtszähler 37, dessen Setzeingang als Steuereingang 35 des Umsetzers 36 dient, und ein 2-Fingangs-UND-Glied 38, dessen Ausgang an den Subtraktionseingang 39 des Rückwärtszählers 37 angeschlossen ist. Der invertierende βorgenausgang des Rückwärtszählers 37 ist mit dem Eingang 40 des logischen UND-Gliedes-38 verbunden und bildet den Ausgang des Umsetzers 36. Zur Vereinfachung der Beschreibung der Einheit I3 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen ist in Fig. 4 das Prinzipschaltbild nur eines Umsetzers 36 gezeigt.
  • Die Ausgänge aller Umsetzer 36 sind an die zur Sollwertvorgabe der Impulsdauer vorgesehenen Eingänge 4I der Umschalter 42 gelegt, deren Anzahl der Wicklungszahl jeder Synchronmaschine I bzw. 2 gleich ist. Jeder Umschalter 42 enthält bei der zu betrachtenden Ausführungsform zwei 2-Eingangs-UND-Glieder 43, 44, deren erste Eingänge zusammengeschaltet sind und als Eingang 4I des Umschalters 42 dienen. Der zweite Eingang des logischen UND-Gliedes 43 ist an den Eingang eines Negators 45 geführt, dient als Sollwertvorgabeeingang 46 der Polarität der Impulse des Umschalters 42 und ist an den jeweiligen Ausgang des Festwertspeichers 34 angeschlossen. Der Ausgang des Negators 45 ist an den zweiten Eingang des logischen UND-Gliedes 44 geschaltet. Die Ausgänge der logischen UND-Glieder 43, 44 sind an die Steuereingänge der Schalter 47, 48 angeschlossen, deren Leistungseingänge mit einer Spannungsquelle 49 verbunden sind, wobei die Ausgänge dieser Schalter vereinigt sind und als Ausgang des Umschalters 42 bzw. als Ausgang der Einheit I3 zur Erzeugung eines Stromes dienen, die, wie es oben angegeben wurde, an entsprechende Wicklungen der Führungs- und der Stellsynchronmaschine I, 2 angeschlossen ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung der Einheit I3 ist in Fig. 4 das Brinzinschaltbild nur eines Umschalters 42 dargestellt.
  • Als Steuereingang I2 der Einheit I3 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen ist der Eingang einer Schaltung 50 zur Ermittlung des Moduls des Steuersignals benutzt, deren Ausgang an den Setzeingang 5I eines Rückwärtszählers 52 angeschlossen ist, dessen Borgenausgang mit dem Schreibeingang dieses Zählers 52 und mit den für die Sollwertvorgabe der Impulsdauer bestimmten Eingänge des Kode-Impulsdauer-Umsetzers 36 verbunden ist. Als Eingang 53 jedes Umsetzers 36 fungiert der zweite Eingang des logischen UND-Gliedes 38. An den Subtraktionseingang 54 des Rückwärtszählers 52 ist der Ausgang eines Steuergenerators 55 geschaltet, der auch mit dem Eingang eines Frequenzteilers 56 verbunden ist. Der Ausgang des Frequenzteilers 56 ist an die Schreibeingänge 57 des Kode-Impuls - dauer-Umsetzers 36 angeschlossen. Als Schreibeingang 57 jedes Umsetzers 36 fungiert ein zugehöriger Eingang des Rückwärtszählers 37.
  • Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle sind in Fig. 5, 6, 7 (a, b, c, d) Zeigerdiagramme der Magnetfelder φrz, φ ri der Läufer der Führungg-_bzw. Stellsynchronmaschine I bzw. 2 und der Magnetfelder φ sz,φ i der Ständer der Führungs- bzw. Stellsynchronmaschine I bzw. 2 bei verschiedenen Betriebsarten der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt.
  • Die Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle arbeitet wie folgt. Entsprechend dem Signal des mit der Welle 3 der Führungssynchronmaschine I verbundenen Positionsgebers 9 (Fig. I) wird eine Orientierung der Magnetfelder φ sz, φsi der Ständer der Führungs- und der Stellsynchronmaschine I, 2 derart vorgegeben, dass der Winkel zwischen dem Magnetfeld φ rz des Läufers der Führungssynchronmaschine I oder dem Magnetfeld φ i des Läufers der Stellsynchronmaschine 2 und dem zugehörigen Magnetfeld φ sz bzw. φ si des Ständers konstant bleibt (oder sich in einem Bereich ändert, der durch das Vorhandensein einer elektromagnetischen Zeitkonstante bedingt ist). Dies ist z.B. dadurch erreichbar, dass man an den Wicklungen der. Ständer der Synchronmaschinen I, 2 Spannungen erzeugt, deren Vektorsumme einen betragsmässig konstanten Winkel mit
  • φ oder φ ri beträgt. Bei der zu behandelnden Aus- führungsform der Einrichtung wird ein konstanter Winkel (φ rz, φsz) vorgegeben, während es zur Steigerung des Wirkungsgrades vorteilhaft ist, diesen Winkel gleich 90° vorzugeben. Durch gegensinnige Schaltung der Wicklungen der Ständer der Führungs- und Stellsynchronmaschine I, 2 ist aber der Winkel zwischen den Vektoren der Magnetfelder φ sz, φ ssi ihrer Ständer gleich 180°. Für Drehmomente der Führungs- und der Stellsynchronmaschine I bzw. 2, welche wir mit MI bzw. M2 bezeichnen, kann man folgende Ausdrücke
    Figure imgb0001
    schreiben, wobei KI, K2 Faktoren sind, die durch die Bauarten der Synchronmaschinen I, 2 bestimmt sind, insbesondere durch die Form des Läufers und Ständers, die Grösse des Luftspaltes zwischen diesen, durch die Abmessungen der Synchronmaschine. Wird das Ausgangssignal der Einheit II zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Magnetfelder der Ständer der Führungs- und der Stellsynchronmaschine vergrössert oder verkleinert, so führt dies zur Erhöhung bzw. zur Verminderung der Amplitude der Ständermagnetfelder φsz, φsi und - wie aus (I) folgt - zur Zunahme der Drehmomente MI, M2 der Synchronmaschinen I, 2. Daher werden bei einer Vergrösserung des Operateur- oder Belastungsmomentes M bzw.Mi durch den Anstieg des Ausgangssignals der zur Vorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine dienenden Einheit II in der Wirkungsrichtung des grösseren von.Mz, Mi (bei KI= K2) in Bewegung gesetzt. Bei der Polaritätsumkehr des Ausgangssignals der Einheit II wird das Ausgangssignal der Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung derart geändert, dass die Magnetfelder φsz, (φsi der Ständer der Synchronmaschinen I, 2 invertiert sind, d.h..sich ihre Richtungen umkehren. Bei Anschluss des Eingangs der Einheit I5 zur Vorgabe der Orientierung an den Ausgang eines der Positionsgebers 9, 10 erfolgt die Umkehrung dadurch, dass dem Signal dieses Positionsgebers 9 bzw. 10 ein dem Winkel von 180° entsprechendes Signal hinzugefügt wird. Bei der zu beschreibenden Ausführungsform erfolgt die Umkehrung mit Hilfe des Relais 18 (Fig. 2), an dessen Ausgang bei der einen Polarität des Ausgangssignals der Einheit II zur Sollwertvorgabe der Amplitude ein Signal eingestellt wird, das der "I" äquivalent ist, und bei umgekehrter Polarität ein Signal auftritt, das der "0" äquivalent ist. Durch den Miltiplizierer I9 wird dieses Signal mit einem vom Sollwertsignalgeber 20 eintreffenden Signal, das dem Winkel von 180° entspricht, multipliziert, und der Summator 21 führt die Addition des Ausgangssignals des Multiplizierers 19 mit dem Signal desjenigen der Positionsgeber, insbesondere des Gebers 10, aus, nach dessen Signal eine Orientierung der Magnetfelder (φsz, φsi der Ständer der Synchronmaschine I, 2 vorgegeben wird.
  • Zur Erhöhung der Genauigkeit der Kraft-Fernübertragung bei der Beibehaltung der hohen Genauigkeit der Drehwinkel-Fernübertragung wird in der zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder vorgesehenen Einheit 15 durch die Funktion des Summators 28 (Fig. 3) und der Divisionsschaltung 27zur Teilung durch zwei am Ausgang der Schaltung 27 ein Signal formiert, das dem arithmetischen Mittel aus den Drehwinkeln αz, αi der Läufer der Synchronmaschinen I bzw. 2 entspricht. Die Schaltung 23 zur Bestimmung der Polarität des Ausgangssignals der Einheit II zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder gibt am Ausgang ein der "I" äquivalentes Signal bei der einen Polarität des Ausgangssignals der Einheit II und ein der "-I" äquivalentes Signal bei der entgegengesetzten Polarität ab. Durch Multiplikation des Ausgangssignals der zur Bestimmung der Polarität dienenden Schaltung 23 mit dem Signal des Sollwertsignalgebers 25, welches dem Winkel von 90° entspricht, wird dabei am Ausgang des Summators 26 ein Signal gebildet, mit dem die Magnetfelder φsz, φsi der Ständer der Führungs- und der Stellsynchronmaschine I bzw. 2 senkrecht zu einem Vektor eingestellt werden, dessen Orientierung durch das arithmetische Mittel aus den Drehwinkeln der Wellen 3, 4 der Synchronmaschinen I, 2 festgelegt wird. Als Folge davon sollen bei den Einrichtungen, deren Funktionsschaltbilder in Fig. I, 2, 3 gezeigt sind, bei Ubereinstimmung der Orientierungen der Magnetfelder der Läufer der Synchronmaschinen I, 2 die Magnetfelder deren Ständer perpendikulär zu den Magnetfeldern der Läufer sein, d.h. falls die Amplituden der Magnetfelder der Ständer Null nicht gleich sind, werden die Drehmomente NI, M2 nach (I) von Null verschieden sein. Folglich kann man den statischen Fehler verringern, der mit dem Auftreten von Momenten verbunden ist, die vom Operateur und von der Belastung erzeugt werden, und bei der Vorhandensein der Korrektureinheit 31 (Fig. 4) auf Null reduzieren. Wird beispielsweise die Korrektureinheit 31 als Parallelschaltung eines Integrators und eines Summators 33 ausgebildet, so kann der Gleichgewichtszustand in der Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung nur bei keiner Abweichung zwischen der Führungs- und der Stellwelle 5 bzw. 6, d.h. bei der Gleichheit von αz und αi erreicht.
  • Vom Ausgang der Einheit I5 zur Vorgabe der Orientierung gelangt ein einer Orientierung der Ständermagnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 entsprechender Kode zu den Adresseingängen eines Festwertspeichers 34, in dem Kodes der Dauern und der Polarität der Stromversorgungsimpulse für drei Wicklungen der Synchronmaschinen I, 2 abgelegt sind. Diese Kodes stellen eine Orientierung der Ständermagnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 für die Einrichtungen, deren Funktionsschaltbilder in Fig. I, 2, 4 dargestellt sind, perpendikulär zur Richtung von φ oder φri und für die Einrichtung, deren Funktionsschaltbild in Fig. 3 gezeigt ist, nach einer - Richtung sicher, die durch den Kode vom Ausgang der Einheit I5 zur Vorgabe der Orientierung der Magnetfelder vorgegeben wird. Die den Dauern der Stromversorgungsimpulse zugeordneten Kodes werden aus dem Festwertspeicher 34 in die Rückwärtszähler 37 über die Steuereingänge 35 der Kode-Impulsdauer-Umsetzer 36 (in der Zeichnung ist nur ein Zähler 37 gezeigt) eingetragen. Die Frequenz, mit der dieseKodes ingetragen werden, ist konstant, wobei die Eintragung derselben mit den Impulsen vom Ausgang eines zur Teilung der Frequenz des Steuergenerators 55 dienenden Frequenzteilers 56 erfolgt, welche an den Schreibeingängen der Umsetzer 36 eintreffen. Nach dem Einschreiben von Kodes, die von Null verschieden sind, erscheinen an den invertierenden Borgenausgängen der Rückwärtszähler 37 Signale der logischen Eins, die den Anfang der Stromversorgunggimpulse der Wicklungen der Ständer der Synchronmaschinen I, 2 vorbestimmen. In diesem Fall erscheinen die logischen Einsen auch an den Eingängen 40 der logischen UND-Glieder 38, wodurch der Durchgang der Impulse vom Borgenausgang des Rückwärtszählers 52 über logische UND-Glieder zu den. Subtraktionseingängen 39 der Zähler 37 freigegeben wird. Die Folgereriode der Impulse ist gleich einer Folgeperiode der Impulse des Steuergenerators 55, die mit einem dem Absolutbetrag des Steuersignals entsprechenden Kode multipliziert ist, der vom Ausgang der Schaltung 50 zur Ermittlung des Moduls des Steuersignals am Setzeingang 51 des Rückwärtszählers 52 ankommt, und somit ist diesem Kode auch die Dauer der Impulse an den dorgenausgängen der Rückwärtszähler 37 proportional. Die ImDulse an den genannten Borgenausgängen enden, wenn die Zahlen in den Rückwärtszählern 37 gleich Null sind, hierbei tritt an den Borgenausgängen ein logisches 0-Signal auf, das das Eintreffen der Impulse vom Borgenausgang des Rückwärtszählers 52 an den Subtraktionseingängen 39 der Rückwärtszähler 37 über die logischen UND-Glieder 38 sperrt.
  • Je nach dem Kode der Polarität, welcher von den Ausgängen des Festwertspeichers 34 an den zur Vorgabe der Impulspolarität vorgesehenen Eingängen 46 der Umschalter 42 ankommt, werden die Wicklungen mit Hilfe der Schalter 47 oder 48, die von den logischen UND-Glieder 43 bzw. 44 gesteuert werden, an den einen oder den anderen Pol einer Spannungsquelle 49 angeschlossen. Somit wird sichergestellt, dass die Effektivwerte der Spannung an den Ständerwicklun gen der Synchronmaschinen I, 2 dem am Steuereingang I2 der Einheit 13 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen liegenden Kode proportional sind.
  • Nachstehend wird die Wirkungsweise der in Fig. I gezeigten Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle mit Hilfe von Zeigerdiagrammen, die in Fig. 5 (a, b, c, d) abgebildet sind, beschrieben.
  • Es sei angenommen, dass die Orientierung der Magnetfelder der Läufer und Ständer der Synchronmaschinen I, 2 im Anfangszeitpunkt durch ausgezogene Linien in Fig. 5 angedeutet ist, wobei der Winkel zwischen den Magnetfeldern φsz , φsi der Ständer, deren Drehwinkel mit φsz, αsi bezeichnet sind, 180° beträgt. Für die Drehmomente kann man folgende mathematische Beziehungen aus (I)
    Figure imgb0002
    schreiben, worin KT', K2' durch folgende Ausdrücke
    Figure imgb0003
    definiert werdän. Bezeichnen wir einen Abweichungswinkel zwischen den Wellen 3, 4 zum Anfangszeitpunkt mit △α. Wenn das Belastungsmoment Mi bei fixierter Lage der Führungswelle 5 vergrössert wird, wird unter der Wirkung von Mi > M2 die Führungswelle im Uhrzeigersinn auf eine Orientierung gedreht, die durch den Winkel αi' gekennzeichnet ist, wobei der Abweichungswinkel auf den WertΔα' ansteigt und die Drehmomente MI und M2 der Synchronmaschinen I, 2 nach (2) vergrössert werden. Folglich fühlt der Operateur die Vergrösserung von Mi, während die Vergrösserung von..M2 zur Stillsetzung der Stellwelle 6 und zur Einstellung eines eneuen Gleichgewichtszustandes (in Fig. 5a gestrichelt gezeigt) führt, wobei man die statischen Fehler △α und △α' durch Auswahl einer Stellenzahl des Rückwärtszählers 52 sehr klein machen kann.
  • Nimmt aus der in Fig. 5b dargestellten Orientierung der Operateur die Drehung der Führungswelle 5 um einen Winkel δα vor, so werden um denselben Winkel auch φsz und φsi gedfeht. Dabei nehmen die Amplituden der Magnetfelder φsz, φsi und die Drehmomente MI, M2 zu, was bei unveränderlich bleibendem Mi die Drehung der Stellwelle 6 um den gleichen Winkel δa bewirkt. Auf ähnliche Weise erfolgt auch die Drehung in entgegengesetzter Richtung, wobei durch die vorgesehene Korrektur der Amplitude der Abweichungswinkel zwischen den Wellen gleich Null ist. Kehrt sich die Richtung des Belastungsmomentes MI um, so ändert sich die Polarität des Ausgangssignals der Einheit II zur Sollwertvorgabe der Amplitude und damit der Einheit 31 zur Korrektur der Amplitude, was zur Umkehrung der Magnetfelder φsz, φsi der Ständer der Synchronmaschinen I, 2 führt. In Fig. 5 ist die Anfangsorientierung der Magnetfelder der Synchronmaschinen durch ausgezonene Linien und eine neue Orientierung der Ständermagnetfelder φsz, φsi gestrichelt angedeutet. Die Umkehrung_erfolgt dann, wenn die Amplitude der Ständermagnetfelder φsz, φsi der Synchronmaschinen I, 2 gleich Null wird, worauf deren Amplitude vergrössert wird, bis ein neuer Gleichgewichtszustand eingestellt ist. Dabei ändern sich die Wirkungsrichtungen der Drehmomente MI, M2, und somit fühlt der Operateur die Änderung der Richtung des Belastungsmomentes Mi durch Änderung der Richtung einer auf seine Hand wirkenden Kraft seitens der Pührungswelle 5.
  • Bei der Änderung des Drehwinkels der Führungswelle 5 und damit der Orientierung der Magnetfelder der Läufer und .Ständer aus der in Fig. 5d ausgezogen angedeuteten Anfangslage um den Winkel δα werden nach (2) MI und M2 vergrössert. Da ja das Belastungsmoment Mi unverändert geblieben- ist, wird um den gleichen Winkel auch die Stellwelle 6 gedreht. Nach der Beendigung des Ubergangsprozesses wird eine neue Orientierung der Magnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 eingestellt, die in Fig. 5 gestrichelt angedeutet ist.
  • Wenn man bei der Anfangsorientierung der Magnetfelder der Ständer und der Läufer, die in Fig. 6a durch ausgezogene Linien dargestellt ist, die Stellwelle fixiert und das Mz vergrössert, wird φrz entgegen dem Urzeigersinn gedreht, was eine Vergrösserung der Drehmomente MI, M2 der Synchronmaschinen I, 2 hervorruft, für welche unter Berücksichtigung der früher verwendeten Bezeichnungen (ohne Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder) folgende Ausdrücke gelten:
    Figure imgb0004
  • Da die Orientierung der Ständermagnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 entsprechend dem Signal vom Positionsgeber 1O (Fig. 2) vorgegeben, ist die neue Orientierung der Magnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 in Fig. 6 gestrichelt angedeutet.
  • Dreht der Operateur die Führungswelle 5, so wird dadurch das Auftreten einer gewissen Abweichung δα hervorgerufen, die in Fig. 6b gezeigt ist, wobei φsz, φsi und damit MI und M2 absinken. Bei gleichbleibendem Mi bewirkt dies eine Drehung des φsi und der mit diesem verbundenen Magnetfelder φsz, φsi. Nach der Beendigung des Übergangsprozesses stellt sich ein neuer Gleichgewichtszustand ein, für den die Orientierung der Magnetfelder in Fig. 6b gestrichelt angedeutet ist.
  • In Fig. 6c ist ein Zeigerdiagramm für die Magnetfelder φsz, φsi der Synchronmaschinen I; 2 bei deren Umkehrung, welche Felder den in Fig. 5c früher gezeigten identisch sind.
  • Wird die Führungswelle 5 um den Winkel δα gedreht, so nehmen infolge einer Vergrösserung des an der Führungswelle 5 vom Operateur zu entwickelnden Momentes Mz aus den früher erwähnten Gründen die Amplituden der Magnetfelder φsz, φsi und damit MI und M2 zu. Infolgedessen werden das i und zusammen mit diesem die Felder φsz; φsi gedreht, so dass die Orientierung der Magnetfelder aus der in Fig. 6d durch ausgezogene Linien angedeuteten Lage zu einer gestrichelt gezeigten Lage übergeht.
  • Beim Eintreffen der Signale von beiden Positionsgebern 9 (Fig. 3) und 10 an den Eingängen 29, 30 der Einheit I5 zur Vorgabe der Orientierung ist die Anfangsorientierung der Magnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 in. Fig. 7a ausgezogen gezeigt. Dabei tritt zwischen den Wellen 3, 4 der Synchronmaschinen I, 2 und damit zwischen der Führungs- und der Stellwelle 5 und 6 ein Abweichungs winkel △α auf, wobei der Winkel (φrz, φsz)= (φrisi)= = 90° - △α/2 ist. Für die Drehmomente MI, M2 der Führungs-und der Stellsynchronmaschine I bzw. 2 gelten folgende Ausdrücke:
    Figure imgb0005
    D.h. bei einer solchen Ausführungsform der Einrichtung wird eine etwas genauere Kraft-Fernübertragung gegenüber den in Fig. I, 2 gezeigten Ausführungsformen. Jedoch ist bei Verwendung der Korrektureinheit 3I (Fig. 1) die Genauigkeit der Kraftübertragung für sämtliche beschriebenen Ausführungsformen der Einrichtung ungefähr gleich.
  • Bei gleichzeitiger Vergrösserung von Mz und Mi steigen φsz, φsi an, was zu einer Vergrösserung von MI und M2 und zu einer Drehung der Führungs- und der Stellwelle 5 bzw. 6 führt. Die Orientierung der MAgnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 geht dabei nach der Beendigung-des Ubergangsprozesses aus der in Fig. 7a darch ausgezogene Linien dargestellten Lage zu einer in der gleichen Figur gestrichelt gezeigten Lage über. Bei Drehung der Führungswelle 5 um einen gewissen Winkel δα werden die Magnetfelder φsz, φsi der Ständer von der in Fig. 7b ausgezogen angedeuteten Anfangsorientierung aus mit Hilfe der Einheit 15 (Fig. 3) zur Vorgabe der Orientierung um einen Winkel δα /2 gedreht. Dies führt zu einer Verminderung von (φsi φri) und einer Vergrösserung von ( φsz φrz), so dass unter der Wirkung eines gleichbleibenden Mi das infolge der Drehung von φsi grösser als das M2 wird,die Stellwelle 6 eine Drehung vollzieht, wodurch die Orientierung von φsz, φsi geändert wird. Nach der Beendigung des Übergangsprozesses stellt sich eine neue Orientierung der Magnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 ein, die in Fig. 7b gestrichelt dargestellt ist.
  • In Fig. 7c ist eine Umkehrung der Magnetfelder φsz, φsi gezeigt, welche eine Änderung der Richtung der Drehmomente M, M2 verursacht. Wie auch bei den obenbeschriebenen Ausführungsformen der Einrichtung nach Fig. I, 2 wird die Umkehrung dann vofgenommen, wenn die Amplituden der Magnetfelder φsz, φsi gleich Null werden. Wird von der in Fig. 7d durch ausgezogene Linien angedeuteten Orientierung aus die Führungswelle 5 vom Operateur entgegen dem Urzeigersinn um den Winkel δα gedreht, so werden ähnlicherweise um den Winkel δα/2 die Felder φsz φsi gedreht. Dies führt zu einer Vergrösserung von MI, M2 und bei unveränderlichem Belastungsmoment Mi zu einer Drehung der Stellwelle 6 in der gleichen Richtung. Nach der Beendigung des Übergangsprozesses stellt sich eine neue Orientierung der Magnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschinen I, 2 ein, die in Fig. 7d gestrichelt angedeutet ist.
  • Somit wird mit der erfindungsgemässen Richtung eine hohe Genauigkeit der Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung gewährleistet. Dadurch wird eine bessere Anpassung der Charakteristiken der Einrichtung an die Parameter des Operateurs erzielt und eine höhere Arbeitsgenauigkeit des biotechnischen Systems Operateur-Master-Shave-Manipulator erreicht.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die Erfindung kann in der Robotertechnik, insbesondere in Master-Slave-Manipulatoren verwendet werden.

Claims (4)

  1. I. Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle, welche eine Führungs- und eine Stellsynchronmaschine (I bzw. 2) enthält, deren Wellen (3, 4) jeweils mit der Führungs- und Stellwelle (5 bzw. 6) und Positionsgebern kinematisch gekoppelt sind, deren Ausgänge an die Eingänge einer Einheit (II) zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine geschaltet sind, deren Ausgang mit dem Steuereingang (I2) einer Einheit (I3) zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs- und der Stell- synchronmaachine elektrisch verbunden ist, bei welcher Einheit (I3) die Ausgänge an die entgegengesetzt miteinander verbundenen entsprechenden Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine (I bzw. 2) angeschlossen sind und am Sollwertvorgabeeingang (14) der Ausgang eine Einheit (I5) zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetielder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine liegt, deren Eingängen Informationen über die Lage der Wellen (3, 4) der Führungs- und der Stellsynchronmaschine (I bzw. 2) zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (15) zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine über die Eingänge (I6 oder 22, 17) mit dem Ausgang mindestens eines Positionsgebers (9 oder 10) und dem Ausgang der Einheit (II) zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine elektrisch verbunden ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine ein Relais (18), an dessen Eingang ein Signal eintrifft, das der Amplitude der Standermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine (I bzw. 2) entspricht, einen Multiplizierer (I9), dessen einer Eingang am Ausgang des Relais (I8) liegt, einen Sollwertgeber für ein dem Winkel von 180° zugeordneted Signal, der an den anderen Eingang des Multiplizierers (I9) angeschlossen ist, und einen Summator (2I) enthält, dessen einer Eingang am Ausgang des Multiplizierers (19) liegt und an dessen anderen Eingang ein Signal angelegt wird, das der Lage der Welle (3 oder 4) der Führungssynchronmaschine (I-) oder der Stellsynchronmaschine (2) entsDricht.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anschluss der Einheit (I5) zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine an die Ausgänge beider Positionsgeber (9, 10) die genannte Einheit (15) eine Schaltung (23) zur Bestimmung der Polarität eines Signals, das der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine (I bzw. 2) entspricht, einen Multiplizierer (24), dessen einer Eingang an den Ausgang der Schaltung (23) zur Bestimmung der Polarität eines Signals angeschlossen ist, einen Sollwertgeber für ein dem Winkel von 90° entsprechendes Signal, welcher an den anderen Eingang des Multiplizierers (24) gelegt ist, einen ersten Summator (26), dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Multiplizierers (24) verbunden ist, eine Divisionsschaltung zur Teilung durch zwei, deren Ausgang an den anderen Eingang des ersten Summators (26) angeschlossen ist, und einen zweiten Summator (28) enthält, dessen Ausgang an den Eingang der Divisionsschaltung (27) zur Teilung durch zwei geführt ist und an dessen Eingänge Signale eintreffen, die den Lagen der Wellen (3, 4) der Führungs- und der Stellsynohronmaschine (I bzw. 2) entsprechen.
  4. 4. Einrichtung nach einem der beliebigen Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einheit (3I) zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und Stellsynchronmaschine aufweist, deren Eingang an den Ausgang der Einheit (II) zur Sollwertvorgabe der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine gelegt ist und deren-Ausgang mit dem Eingang (.17) der Einheit (15) zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs--und der Stellsynchronmaschine und mit dem Steuereingang (12) der Einheit (13) zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine in Verbindung steht .
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1987007419A1 (en) * 1986-05-19 1987-12-03 Belorussky Gosudarstvenny Universitet Imeni V.I.Le System for remote transmission of angle of rotation and of force between driving and driven shafts

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL6700270A (de) * 1967-01-06 1968-07-08
FR2416094A1 (fr) * 1978-02-01 1979-08-31 Zarudiansky Alain Dispositif de manipulation a distance
JPS61146482A (ja) * 1984-12-20 1986-07-04 工業技術院長 異構造異自由度バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タの制御装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1987007419A1 (en) * 1986-05-19 1987-12-03 Belorussky Gosudarstvenny Universitet Imeni V.I.Le System for remote transmission of angle of rotation and of force between driving and driven shafts

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO8907305A1 *

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WO1989007305A1 (en) 1989-08-10
FI894542A (fi) 1989-09-26

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