SE455231B - Inkrementell digitalomvandlare - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 455 231 2 felaktiga vridningen men ej heller vid omkastning till den riktiga rörelseriktninflen ända tills det återigen-harxngmâtt den ursprungliga omkastningspunkten. Om felpulsräknaren i bör- jan av en rörelse av det rörliga föremålet fortfarande är fylld, måste den först tomräknas genom "riktigvägpulser", innan det egenliga läges-är-värdesräkneförloppet kan börja. Detta är av olägenhet vid många användningstillfällen, t ex vid indexstyrningen av ett vridbord och många verktygsmaskin- styrningar, eftersom den första delen av rörelsen härvid inte uppfattas. Därför härleds vid den kända omvandlaren taktpulserna blott från flankerna av den ena lägessignalen.

Detta möjliggör ingen tillförlitlig fasdiskriminering av lägessignalerna för att fastställa rörelseriktningen, eme- dan för det första toleranserna vid avkänningsförhållandena för lägessignalerna är förhållandevis stora, t ex uppgår till I 10%, medan för det andra fasförskjutningen av de båda lä- gessignalerna från den normala fasförskjutningen av 900 kan avvika med 1 45°. dvs med 50%. Dylika toleransfel ingår direkt i uträkningen av läges-är-värdet. Ändamålet med uppfinningen är en omvandlare inom den inledningsvis kända tekniken, vilken med större noggrann- het bestämmer läget av det rörliga föremålet även vid rörel- se i den falska rörelseriktningen.

Detta ändamål uppfylles enligt uppfinningen genom att nämnda vippa är en D-vippa, vars D-ingång tillföres läges- signalen via ett fördröjningsorgan, att riktningsdiskrimi- natorn innefattar dels en andra D-vippa, vars D-ingång direkt tillföres den andra lägessignalen dels ett efter de båda D-vipporna kopplat summeringsorgan, att flankdetektorns båda ingångar direkt tillföres lägessignalerna och att pulser- na från flankdetektorn tillföras taktingângarna hos D- vípporna.

Vid denna utformning motsvarar lägesräknaren räknevär- de alltid är-värdet av det rörliga föremplets läge. Någon felpulsräknare behövs ej. Att avkänna alla flankerna hos de båda signalerna har den fördelen att en ändring av rörelse- riktningen för det rörliga föremålet fastställs vid iidigast möjliga tidpunkt med stor upplösningsförmâga. Diskrfimneringæiav rörelseriktningeli sker genom användning av D-vipporna och summe- 1S 20 25 30 35 3 455 231 ringsorganet med ringa materialuppbàd. Fördröjningsorganet säkerställer att det omedelbart före en flank av den ena lä- gessignalen förhandenvarande värdet av denna lägessignal i summeríngsorganet kan jämföras med det före den följande flan- ken av den andra lägessignalen föreliggande värdet för rikt- ningsdiskrimineríng. Likaledes kan det före en flank av den ena lägessignalen föreliggande amplitudvärdct jämföras med det omedelbart efter en flank av den andra lägessignalen före- liggande amplitudvärdet.

Därmed har man företrädesvis sörjt för att mellan ut- gången från flankdetektorn och taktingången för den ena D-vip- pan ett fördröjníngsorgan är infört, vars fördröjningstid är mindre än fördröjníngstiden för det framför D-ingången koppla- de fördröjningsorganet. På detta vis säkerställas att amplitud- värdet för den andra lägessignalen har stabiliserat sig före avkänningen omedelbart efter denna lägessignals flank.

Vid fördröjningsorganen kan det gälla integrerande RC- organ. Dessas uppbyggnad är speciellt enkel, eftersom man kla- rar sig med blott ett ohmskt motstånd och en kondensator.

Mellan utgången fran flankdetektorn och taktpulsut- gången hos lägesräknaren är företrädesvis inkopplat en puls- frekvensen med fyra dividerande frekvensdelare. Denna frek- vensdelare eliminerar genom toleranser i avkänningsförhàllan- dena för de bada lägessignalerna orsakade frekvensvariationcr i de från alla flankerna hos lagessignalerna hârledda takt- pulserna, eftersom den vidaregiver blott var fjärde puls till lägesräknaren i och för räkning, och trots skilda avkännings- förhållanden för de båda lägessignalerna vid konstant rörelse- hastighet hos det rörliga föremålet är tidsavstànden för alla fjärde taktpulser konstanta.

Också frekvensdelaren kan innefatta en reversibel puls- räknare, vars räkneriktningsingàng är förbunden med riktnings- diskríminatorns utgång. Denna pulsräknares räkneríktning om- kastas därvid samtidigt med omkastningen av rörelseriktningen för det rörliga föremålet, så att felräkningar vid omkastníng av rörelseriktningen undviks. _ Uppfínningen och dennas vidareutformningar beskrivs i det följande närmare i samband med bifogade ritning, som visar ett föredraget utföringsexcmpel. 10 15 20 25 30 35 455 251 Fig. 1 är ett blockschema för en lägesregleringskrets med en omvandlare enligt uppfinningen och fíg. 2-4 visar tids- diagram för signaler, som uppträder i lägesregleringskretsen enligt fíg. 1.

Den i fíg. 1 visade lägesregleringskretsen innehåller en regulator 1, en inställningsmotor 2, en pulsgivare 3, en signalgenerator 4, en frekvensdelare S, en lägesräknare 6 och en bör-värdesgivare 7.

Ett av bör-vârdesgivaren 7 digitalt representerat bör- värde jämförs med ett av lägesräknaren 6 digitalt represente- rat läges-är-värde i regulatorn 1. En vid jämförelsen uppträ- dande skillnad, nämligen regleringsavvíkelsen, omvandlas till en analog förställningssignal och tillförs via en ledning B till förställningsmotorn 2. Denna förställer i beroende av denna förstâllníngssignal, eventuellt via en växel med koniska hjul 9 och en spindel 10, ett rörligt föremål 11, t.ex. bordet hos en verktygsmaskín, i den ena eller andra, av dubbelpilen 12 antydda, rörelseriktningen. °“ Vrídvinkelläget, antalet varv och vridningsriktníngen för axeln 13 hos förställningsmotorn 2 och därmed läget och rörelseriktníngen för det rörliga föremålet 11 omvandlas av den likaledes till axeln 13 kopplade pulsgívaren 3 med tvâ utgangsledníngar 14 och 15 till tva ungefär 90° inbördes fas- förskjutna lägessígnaler A och B med rektangulärt förlopp och en pulskvot (förhållande mellan pulsvaraktíghet och period- varaktighet) av ca 501. Allt eftersom den ena lägessignalen A kommer före eller efter den andra lägessignalen B i fasläge betyder detta att förställníngsmotorn 2 respektive det rörli- ga föremålet 11 drivs í den ena eller andra riktningen. Antalet pulser hos de båda lägessignalerna A och B sedan rörelsens bör- jan är däremot ett mått på den tíllryggalagda vågen respektive läget av det rörliga föremålet 11 relativt rörelsens utgångs- punkt.

För detta ändamål innehåller pulsgivaren ß en av för- ställningsmotorn 2 driven rasterskala 16, vars fiaster avkännes genom i rummet inbördes i motsvarighet till den önskade 900- fasförskjutningen av lägessignalerna förskjutna,kännare och över pulsformare 17,18 omformas till de rektangulära lägessig- nalerna A och B. 10 15 20 25 30 35 5 455 231 Lägessignalerna A och B tillförs sígnalgeneratorn 4.

Denna härleder från förtecknet hos den relativa fasförskjut- ningen av lägessignalerna A och B en riktningssignal R på en utgàngsledning 19 och hârleder från alla flankerna hos läges- sígnalerna A och B vardera en taktpuls T på en andra utgångs- ledning 20.

I denna avsikt innehåller signalgeneratorn 4 en rikt- ningsdiskriminator 21 och en flankdetektor 22. Ríktningsdiskri- minatorn 21 innehåller två D-vippor 23 och 24, ett framför D- ingången till vippan 24 kopplat fördröjningsorgan ZS, ett fram- för taktingången C hos båda vipporna 23 och 24 kopplat andra fördröjningsorgan 26 och ett med Q-utgângarna~(de "sanna" ut- gångarna) från de båda vipporna 23 och 24 förbundet summerings- organ 27 i form av en EXOR-grind. Fördröjningstiden tï för för- dröjníngsorganet 25 är väsentligt mindre än halva den minsta períodvaraktigheten för en av lägessignalerna A och B och för- Fördröjningsorganen 25 och 26 orsakar en fördröjning av fram- och bakflankerna'för deras dröjníngstiden tz är mindre än t1. insignaler med samma fördröjningstid t1 resp. tz.

Flankdetektorn 22 innehåller på ingångssidan en med led- ningarna 14 och 15 förbunden EXOR-grind 28, ett med utgången från EXOR-grinden 28 över en ledning 29 förbundet fördröjnings- organ 30 med samma fördröjningstid t1 som fördröjningsorganet 25 och en ytterligare EXOR-grind 31, vars ena ingång via en ledning 32 är förbunden med utgången från fördröjningsorganet 30 och vars andra ingång via en ledning 33 och ledningen 29 är direkt förbunden med utgången från EXOR-grinden 28. De på ut- gången från flankdetektorn 22 resp. EXOR-grinden 31 alstrade taktpulserna T tillförs över en ledning 34 à ena sidan till in- gången hos fördröjningsorganet 26 och à andra sidan över ett ICKE-organ 35 såsom inverterad taktpuls T till utgángsled- ningen 20. _ Frekvensdelaren S innehåller en reversíbelpulsräknare 36, vilken dívíderar de till sin taktingàng C över ledningen 20 tillförda taktpulserna T med fyra, dvs. alstrar vid var fjärde taktpuls T en utgàngstaktpuls'f4 pà en utgàngslehníng 37, vil- ken är förbunden med taktingángen C till lägesräknaren 6.

Vidare innehåller frekvensräknaren 5 en utsignalerna Q] och Q3 från pulsräknaren 36 sammanförande NAND-grind 38, vilken 10 15 20 25 30 SS 455 251 6 över ett fördröjningsorgan 39 är förbunden med den ena ingången till en NAND-grind 40 med vippdämpning.

Vidare tillförs utsignalen Co över ett ytterligare för- dröjníngsorgan 41 till den andra ingången hos NAND-grinden 40.

Fördröjningstiderna ts för fördröjningsorganen 39 och 41 är mindre än t1 men de kan dock också väljas lika med denna.

Utgàngen från NAND-grinden 40 är över ledningen 37 för- bunden med en ställingàng P hos pulsräknaren 36, som vid erhål- lande av en 1-signal åstadkommer att räknaren 36 förinställes på ett tal, vilket i form av binära signaler ligger på ingång- arna P1-P4. Vid detta tal gäller binärtalet "Q001", dvs. deci- maltalet 1, eller binärtalet "0100", dvs. decimaltalet 4, allt- eftersom den till ingången P direkt eller till ingången P3 över ett ICKE-organ inverterdt tillförda ríktningssignalen R är en 1-signal eller en 0-signal.

Riktningssignalen R tillförs dessutom räkneriktnings- styringàngarna U/D hos räknarna 6 och 36, varvid räknarna vid en 1-signal R räknar "framåt" och vid en 0-signal R "bakåt".

I det följande skall verkningssättet för den i fig. 1 visade regleringskretsen, speciellt för den av signalgenera- torn 4, frekvensdelaren S och lägesräknaren 6 bildade inkremen- tella digitalomvandlaren närmare beskrivas under samtidig referens till fig. 2-4.

Fran lägessignalerna A och B i fig. 2, vilkas relativa fasläge skulle fordra en tíllbakarakníng i lägesräknaren 6 (R = "0") alstrar BXOR-grinden 28 signalen S (fig. 1 och 2), vars frekvens är dubbelt så hög som den för en av lägessígna- lerna A och B och som likaledes uppvisar en pulskvot av 0,5. På utgången från fördröjningsorganet 30 uppträder därför en rela- tivt signalen S med tiden t1 fördröjd signal S' (fig. 1 och 2).

Denna signal S' kommer í grinden 31 ännu en gäng att utsättas för en EXOR-funktion tillsammans med den ofördröjda signalen S, så att på ledningen 34 taktpulserna T (fig. 1 och 2) uppträder, vilkas frekvens dock är fyra gånger så hög som den för läges- signalerna A och B. Framflankerna av taktpulserna T sammanfal- ler med alla flankerna hos lägessignalerna A och B. Varaktig- heten av taktpulserna T motsvarar fördröjningstiden tl hos för- dröjningsorganet 30. Taktpulserna T inverteras av ICKE-organet 35, då vídarekopplingen av räknaren 36 sker genom framflanker- 10 15 20 25 30 35 7 455 231 na (0-1-övergângarna) hos de taktingàngen C tillförda taktpul- serna T, men skall vara nagot fördröjda relativt flankerna hos signalerna A och B, så att efter en med framflankerna hos takt- signalen T synkroniserad amplitudväxling hos riktningssignalen R dennas amplitud har stabiliserats, innan räkneförloppet börjar.

Taktpulserna T tillförs dessutom till taktingàngarna C hos vipporna 23 och 24 såsom med fördröjningstiden tz fördröj- da taktpulser T'. Medan lägessignalon A tillförs D-ingången hos vippan 23 direkt, tillförs lägessignalen B till D-ingången hos vippan 24 såsom genom fördröjningsorganet 25 ned fördröjnings- tiden tï fördröjd lägessignal B'. Magasineringen av de i det aktuella fallet på D-ingångarna befintliga infornationerna i vipporna 23 och 24 sker med framflanken (0-1-övergången) hos en till taktingången C tillförd taktpuls T', dvs. då på D-ingangen hos en av D-vipporna 23 och 24 en 1-signal föreligger, och se- dan en taktpuls uppträder på taktingangen C, vippas den ifråga- varande D-vippan, så att på dennas Q-utgång likaledes en 1-sig- nal uppträder. Om redan pd Q-utgången en 1-signal föreligger, kvarstår denna 1-signal. Varje informationsväxling (l-D- eller O-1-övergång) pà D-ingången magasineras först med följande takt- puls T'. Summeríngsorganet 27 alstrar alltid en riktningssignal R = "1" ("framáträkning"), när-signalerna på Q-utgángarna från vipporna 23 och 24 är olika, och annars riktningssignalen R = "O" ("bakåträkning"). Om därför lägessignalen B omedelbart före en flank av lägessignalen B överensstämmer led lägessig- nalen A före följande flank av lägessignalen A eller när läges- signalen B efter en flank av lägessignalen B överensstämmer med lägessignalen A omedelbart efter den följande flanken av lägessignalen A, alstrar summeringsorganet 27 en 0-signal ("bakåträkníng"). Då taktpulserna härledes från flankerna av lägessignalerna, men en taktpuls i det aktuella fallet även skall bestämma (magasinera) värdet av lägessignalen omedelbart före den taktpulsen utlösande flanken av lägessignalen, för- dröjs lägessignalen B genom fördröjningsorganet 25 med tiden tï, så att de från flankerna av lägessignalen B härledda taktpul- serna T alltid uppträder tiden t1 före ifrågavarande flank hos den fördröjda (i själva verket avkända) lägessignalen B' (jfr B' och T i fig. 2). Å andra sidan skall taktpulserna dock 10 15 20 25 30 35 455 231 även bestämma ett omedelbart bakom en desamma utlösande flank hos lägessignalen A uppträdande värde av lägessignalcn A.

Därför är de lägessignalerna A och B i själva verket avkännan- de taktpulserna T' dessutom fördröjda tiden tz relativt de direkt från flankerna hos lägessignalerna härledda taktpulserna T för att säkerställa att lägessignalen A efter sin ifrågava- rande taktpuls utlösande flank har stabiliserats på det nya värdet, innan taktpulsen T' uppträder. Eftersom taktpulserna T', såsom angivits, även mäste ligga före de desamma utlösande flankerna av lägessignalen B, har tz 1. Istäl- let för den antivalensen (olikhet) av lägessignalerna A och B enligt funktionen (Ä G B) v (A & F) fastställande EXOR-grinden 27 (varvid vid kopplingsfunktionen "G" betyder en OCH-funktion och "v" en ELLER-funktion) kan även ett ekvivalensen enligt funktionen (A & B) v (Ä & F) fastställande organ vara anordnat såsom summeringsorgan 27, då râknarna 6 och 36, som bägge får riktningssignalen R, vid det i fig. 2 visade relativa faslägct för lägessignalerna A och B, icke skall räkna bakåt utan framåt. Ändamålet med frekvensdelaren 5 skall i korthet beskri- vas i samband med fig. 4: I praktiken kan av pulskvotförhâl- landena för lägessignalerna A och B avvika från 501, t.ex. på grund av tillverkningstoleranser för pulsgivaren 3. På detta sätt osymmetriska lägessignaler A och B visas i fig. 4 dock för tydlighets skull överdrivet. Följden är att från flanker- na av dessa lägessignaler A och B härledda taktpulser T (fig. 4) likaledes uppvisar olika avstånd. Trots likformig vridning av axeln 13 respektive likformig rörelse av föremålet 11 skul- le därför är-värdesbestämningen i lägesräknaren 6 ske olik- formigt, så att regleringsförloppet skulle kunna bli instabilt eller bör-värdet, som skall framkomma, icke exakt skulle kunna uppnås. På grund av frekvensnedväxlingen för taktpulscrna till en fjärdedel, uppkommer däremot ett likformigt pulsavstànd vid utgángstaktpulserna T¿ från frekvensdelaren 5, eftersom i praktiken visserligen pulskvoten för lägessignalerna A och B kan vara olika men deras frekvens respektive pcriodvaraktighet vid konstant hastighet för det rörliga föremålet dock är kon- stant. Därutöver klarar man sig för lägesräknaren 6 med mindre räknekapacitet relativt den vid en för varje eller varannan taktpuls ett räknesteg utförande lägesräknare (hänfört till sam- valts mindre än t 10 15 20 ZS 30 35 40 'J 455 231 ma maximala vägsträcka, som skall uträknas för det rörliga föremålet).

För att den binärt räknande räknaren 36 i frekvensdela- ren S vid var fjärde taktpuls T skall alstra en utgángspuls Co (fig. 2) respektive frekvensdelaren 5 vid var fjärde takt- puls skall alstra en utgängstaktpuls T4 tillbakaräknas räkna- ren 36 genom varje utgângstaktpuls T¿ åter till ett genom riktningssignalen R över förinställningsingângarna P1-P¿ be- stämt utgângsvärde, alltså antingen till "0001" - 1 eller "C100" - 4. Vid framåträkningen genomgår räknevärdet hos räk- naren 36, skrivet decimalt cykliskt, talföljden 1,2,3,4,1,2,3,4 1,2... osv. Vid övergång från "Å" till "1“ intar räknaren 36 övergående räknevärdet "S" - “0101", vid vilket utsignalerna Q1 och Q3 (fig. 3) båda är lika med "1". Detta fastställs genom NAND-grinden 38 genom avgivning av en 0-signal S38, vil- ken genom fördröjníngsorganet 39, fördröjd med en tid ts och genom NAND-grinden inverterad tillbakaförs till Aterställningsï ingången P hos räknaren 36 såsom àterställningspuls (resp. till utgången hos frekvensdelaren S såsom utgångstaktpuls) T4.

Därigenom Lterförs räknaren 36 till "1“ (="00O1“), så att räkneförloppet med 1,2,3,... fortsätts.

Vid bakàträkning (R - "1") genomgår räknevärdet hos räknaren 36 den nämnda talföljden omvänt, dvs. i ordningsfölj- den 4,3,2,1,4,3,... osv. Vid övergång från "1“ till "4" alstrar rlknaren 36 en 0-puls Co (fig. 2), som fördröjs av fördröjningsorganet 41 med tiden ts och inverteras av NAND- grinden 40, så att på utgången från NAND-grinden 40 tillbaka- ställnings- resp. taktpulsen T4 uppträder, vilken utlöser återställningen av räknaren 36 och därmed bestämmer 0-pulsens Co slut. Varaktighetcn hos utgångstaktpulsen motsvarar därvid likaledes fördröjningstiden ts.

Lågesräknaren 6 räknar de till densamma under varaktig- heten av 1-signalen R tillförda taktpulserna T4 i framrikt- ningen och de till densamma under varaktigheten av bakàtsig- nalen R - 0 tillförda taktpulserna T¿ i bakâtriktningen, så att räknevärdet hos lägesräknaren 6 alltid motsvarar är-värdet för det rörliga föremâlets ll läge. Detta är-värde jämförs med det i bör-räknaren 7 inställda bör-värdet för att motsvarande efterreglera det rörliga föremâlets 11 läge vid förekomst av en regleríngsavvikelse.

Claims (5)

455 231 10 PÅTENTKRAV

1. Inkrementell digitalomvandlare för omvandling av tva fasförskjutna llgessignaler från en pulsgivare (3), vil- ka representerar läget och riktningen för ett i två motsat- ta riktningar rörligt föremål (11), till en läget digitalt representerande storhet med en reversibel lägesräknare (6) och med en från lägessignalerna (A och B) en lägesräknarens riktning bestämmande räkningssiqnal (R) och taktímpulser som skall räknas av lägesräknaren avledande signalgenerator (4). som innefattar en från varje flank hos den ena läges- aignalen en taktpuls (T) hlrledande flankdetektor (22) och en ríktningsdiskrininator (21), vilken för alstrande av riktningssignalen (R) kan tillföras å ena sidan flankdetek- torns (22) taktpulser (T) och å andra sidan lägessignalerna (A, B) och som uppvisar en vippa (24), till vilken den ena lägessignalen (B) kan tillföras, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda vippa är en D-vippa (24), vars D-ingång till- föres lägessignalen (8) via ett fördröjningsorgan (25), att riktningsdiskriminatorn (21) innefattar dels en andra D-vippa (23). vars D-ingång direkt tillföras den andra lägessignalen (A), dels ett efter de bada D-vipporna (23, 24) kopplat sum- meringsorgan (27), att flankdetektorns (22) båda ingångar direkt tillföres lägessignalerna (A. B) och att pulserna från flankdetektorn tillföras taktingångarna (C) hos D- -vipporna (23, 24).

2. Omvandlare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att mellan utgången från flankdetektorn (22) och takt- ingangen (C) för den ena D-vippan (24) ett fördröjningsorgan (26) Xr infört, vars fördröjningstid (t2) är mindre än för- dröjningstiden (t1) för det framför D-ingången kopplade för- dröjningsorganet (25).

3. Omvandlare enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av att fördröjningsorganen (25, 26) är in- tegrerande RC-organ. 11 455 231

4. Omvanxlhxru enligt nâgøt av kraven 1-3, k ä n - n e t e_ c k n a d av att mellan utgången från flank- detektoxn (22) och taktpulsingången (C) hos lägesräknaren (6) en pulsfrekvens med fyra dividerande frekvensdelare (5) är inkopplad.

5. Omvandlare enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att frekvensdelaren (S) innefattar en revezsibel puls- räknare (36). vars räkneriktningsingång (U/D) är förbunden med riktningsdiskriminatorns (21) utgång.