NO814225L - Elektronisk styresystem for aa overvaake stillingen til bevegelige deler - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt elektronisk styresystemer for innretninger som har bevegelige deler, slik som verktøymaskiner eller lignende. Nærmere bestemt angår den styresystemer som har posisjonsovervåkningssystemer for overvåkning av stillingen til vendbare, bevegelige deler ved slike innretninger.

Noen elektroniske styresystemer for innretninger slik som verktøymaskiner anvender stillingsovervåkningssystemer for

å overvåke stillingen til en vendbar, bevegelig bévegelses-del, slik som en lineær bevegelig verktøymaskinglider eller bord eller en dreibar arbeidsholder, mens delen er i bevegelse og for å frembringe et signal som angir delens stilling som er nyttig for styringsformål.

Et tidligere kjent digitalt stillingsovervåkningssystem anvender en digital tilbakekoblingsstillingteller som har et forutbestemt tellerområde, en eksiterer, en tilbakekoblingsanordning tilkoblet for å reagere på bevegelse til den bevegelige delen, en null-gjennomgangsdetektor og en digital stillingslagringsanordning. Tilbakekoblingsstillingstelleren, som drives ved en klokkefrekvens, styrer taktingen av eksitereren som frembringer eksiteringssignaler til tilbakekoblingsanordningen. Tilbakekoblingsstillingstelleren tilveiebringer også en stillingstelleverdi Nc til stillingslagringsanordnin-gen. Tilbakekoblingsanordningen, som har form av en resolver, fører et pulset tilbakekoblingssignal til stillingslageret

og faseforskyningen mellom eksiteringssignalet og tilbakekoblingssignalet, som forekommer når delen beveges, angir den lineære forskyvningen til den bevegelige delen relativt i forhold til et fast punkt. Tilbakekoblingspulsen fra tilbakekoblingsanordningen blir benyttet for å synkront innføre statusen (dvs. stillingstelleverdien Nc) til tilbakekoblings-stillingstelleverdien Nc i stillingslageret. Stillingstallet Np i stillingslageret, som også er lineær i forhold til forskyvningen av den bevegelige delen, blir gjentagende oppdatert ved frekvensen til tilbakekoblingssignalet og samplet

ved en datamaskin eller annen anordning for å bestemme kumulativ forskyvning for den bevegelige delen. Tilbakekoblings-frekvensen blir vanligvis valgt til å være ti ganger hurtigere enn sampelhastigheten.

Tidligere kjente digitale inn&tillingsovervåkningssystem, sålangt beskrevet, har en iboende begrensning med hensyn til hastigheten ved hvilke den nøyaktig sporer og rapporterer den absolutte stillingen til den bevegelige delen, når delen beveger seg hurtigere enn viss hastighet. Dersom posisjonstallet Np fra stillingslageret f.eks. endres mellom utføren-de sampler med en mengde lik eller større enn en halvdel av telleområdet til tilbakekoblingsstillingstelleren (som har form av en integrert krets"eller mikroprosessor som har et telleområde begrenset av dets antall indre porter) endres telleretningen og derfor er den absolutte stillingen til den bevegelige delen tvetydig og kan ikke bli bestemt uten ytterligere informasjon.'

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et elektronisk styresystem for innretninger, slik som en automatisk verktøymaskin eller lignende, som har et stillingovervåkningssystem for kontinuerlig overvåkning av en bevegelig del, slik som en lineær bevegelig verktøyslede eller bord eller en dreibar arbeidsholder, viss del er bevegelig i motsatt retning ved forskjellige hastigheter for å bestemme den absolutte stillingen til delen relativt i forhold til et punkt. Stillingsovervåknings-systemet har følgende komponenter: en klokke, en tilbakekoblingsstillingsteller som har et forutbestemt telleområde, en eksiterer, en tilbakekoblingsanordning i form av en resolver tilkoblet for å reagere på bevegelse til den bevegelige delen, en null-gjennomgangsdetektor, et stillingslager, en null-stillingsteller og en datamaskin eller annen anordning for å bestemme den absolutte stillingen til den bevegelige delen. De ovenfor nevnte komponenter er fortrinnsvis i form av integrerte krets- eller mikroprosessoranordninger.

Ved drift styrer tilbakekoblingsstillingstelleren, som teller kontinuerlig ved klokkefrekvensen, takten til eksitereren som frembringer et eksitasjonssignal gjennom en forsterker til tilbakekoblingsanordningen. Tilbakekoblingsstillingstelleren tilveiebringer også en stillingstelleverdi Nc til stillingslageret og til null-stillingstelleren. Tilbakekoblingsanordningen frembringer et pulset tilbakekoblingssignal til stillingslageret og null-stillingstelleren. Faseforskyvningen til det pulsede tilbakekoblingssignalet relativt i forhold til det pulsede eksitasjonssignalet er lineært relatert i forhold til forskyvningen til den bevegelige delen. Det pulsede tilbakekoblingssignalet synkroninnfører statusen til tilbakekoblingsstillingstelleren (dvs. stillingstelleverdien Nc fra tilbakekoblingsstillingstelleren) inn i stillingslageret. Stillingstallet Np i stillingslageret er derfor lineært relatert med forskyvningen til den bevegelige delen dvs. direkte proporsjonal med orienteringen til den bevegelige delen til resolveren relativt i forhold til dens sta-sjonære del. Frekvensen til tilbakekoblingssignalet er likt eksitasjonsfrekvensen' kun når stillingen til den bevegelige delen til resolveren ikke beveger seg. Mens stillingen en-endrer seg er tilbakekoblingssignalefrekvensen enten større eller mindre enn eksitasjonsfrekvensen avhengig av bevegelsesretningen. Frekvensforskjellen er direkte proporsjonal med hastigheten av stillingsendringen. Stillingstallet Np i stillingslageret blir gjentatt og kontinuerlig oppdatert ved frekvensen til tilbakekoblingssignalet. Datamaskinen sampler 'periodisk stillingstallet Np og i samsvar med forskjellen mellom suksessive samplede stillingstall bestemmer datamaskinen kumulativ forskyvning for den bevegelige delen. Frekvensen til tilbakekoblingssignalet er i alminnelighet valgt til å være minst 10 ganger hurtigere enn samplingshastigheten.

Når hastigheten til den bevegelige delen overskrider en forutbestemt hastighet, hastigheten hvor forskjellen mellom logisk etter hverandre følgende samplede stillingstall Np er lik eller større enn en halvdel av det forutbestemte telleområdet til tilbakekoblingsstillingstelleren, tjener null-stillingstelleren til oppløsning av en hver tvetydighet som ved retningen til bevegelsesdelen. Null-stillingstelleren er i alminnelighet i form av en firebits toveisteller og blir forsynt fra null-gjennomgangsdetektoren med signal som angir null-gjennomgangen til tilbakekoblingssignalet fra tilbakekoblingsanordningen.

Null-stillingstelleren bestemmer netto antall ganger stillingstallet Np blir passert i løpet av et minst vektig tall, slik som null, mellom etter hverandre følgende samplede stillingstall Np og frembringer en nullstillingstellerverdi Nz til samplingsdatamaskinen. Med stillingsnummeret Np og nullstillingstelleverdien Nz drives sampeldatamaskinen slik at enhver tvetydighet mellom etter hverandre følgende samplede stillingstall Np blir oppløst, bevegelsesretningen til den bevegelige delen blir bekreftet og den absolutte kumulative stillingen til den bevegelige delen blir bestemt.

Stillingsovervåkningssystem ifølge foreliggende oppfinnelse gir flere fordeler i forhold til tidligere kjente innretninger. Den øker f.eks. i det vesentlige hastigheten til en bevegelig del som kan bli overvåket av systemer som ellers hadde en iboende begrensning i dette henseende på grunn av telleverdi- og retningstvetydighet som oppstår ved høyere hastigheter. Den øker den endelige hastighetsgrensen som kan bli overvåket til et nivå så høyt at det er irrelevant Og uten betydning for kjente praktiske tilbakekoblingsan-ordninger og systemer. Den anvender kommersielt tilgjengelige, relativt billige integrerte kretser eller mikrobe-handlingsanordninger for å tilveiebringe resultater som ellers kun kunne bli tilveiebrakt ved å benytte en vesent-lig mer komplisert og dyrere tilbakekoblingsstillingsteller-anordning. Den kan innstalleres i stillingsovervåkningssystemer av tilbakekoblingstypen som allerede er i bruk så vel som ved fabrikkinnstallerte systemer. Andre fordeler og formål med oppfinnelsen skal beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et skjematisk diagram av et elektronisk styresystem for en verktøymaskin, som innbefatter et stillingsovervåkningssystem i samsvar med oppfinnelsen for en bevegelig del ved verktøymaskinen. Fig. 2 viser elektriske kretsdiagram av en del av stillings- overvåkningssystemet vist på fig. 1. Fig. 3 viser en forstørret del av kretsdiagrammet på fig. 2. Fig. 4 viser et forstørret og mer fullstendig kretsdiagram av tilbakekoblingsanordningen eller resolveren vist på fig. 1 og 2. Fig. 5A til 5E viser grafiske kurver over elektriske betingelser og bølgeformer som forekommer ved tilbakekoblingsanordningen på fig. 3 under forskjellige drifts-betingelser. Fig. 6 viser en skjematisk fremstilling av en tellesekvens mellom sampler når delen blir beveget i positiv retning . Fig. 7 viser en tellesekvens som fig. 6, men når delen blir

beveget i negativ (motsatt) retning.

Fig. 8 viser et diagram over operasjonen av styresystemet

og det elektriske kretsdiagrammet vist på fig. 1 og 2.

Fig.. 1 viser skjematisk deler av en automatisk verktøymaskin 10 og deler av et elektronisk styresystem 12 i samsvar med oppfinnelsen for overvåking og styring av visse funksjoner ved verktøymaskinen. Verktøymaskinens 10 deler som er vist på fig. 1 innbefatter et fast eller stasjonært fundament 14 som har en bevegelig del eller komponent 16, slik som en vektøyslede eller et bord, glidbart anordnet derpå. Delen 16 er lineært bevegelig i motsatte retninger ved ønskede variable hastigheter og i ønskelig variable avstander ved hjelp av f.eks. en reverserbar hastighetsvarierbar elektrisk motor 18. Delen 16 er bevegelig i retning av pilene 22 og

23 mot og bortfra henholdsvis et punkt X på fundamentet 14

som krevd i løpet av bestemte maskinoperasjoner. Delen 16

kan f.eks. bli beveget ved hastigheter i størrelsesorden av 20 m/min. eller mer og kan f.eks. gjennomgå retnings-reverseringer med forskjellige programmerte intervaller.

Det skal bemerkes at selv om delen 16 er vist som lineært bevegelig kan også oppfinnelsen anvendes på deler som dreier seg.

Det elektroniske styresystemet 12 innbefatter i alminnelighet en motorkontaktor eller styrer 20 med motorreversering og hastighetsstyring for motoren 18. En programmeringsinnret-ning 30 som er forbundet med.motorstyreren 20 ved hjelp av en linje 19 for å bevirke operasjon av motoren 18 og således styre retnings- og hastighetsbevegelsen til delen 16 i samsvar med et forutbestemt program som styrer operasjonen av programmeringsinnretningen.

Det elektroniske styresystemet 12 innbefatter dessuten et styringsovervåkingssystem, beskrevet senere, for overvåking og bestemming av den absolutte kumulative stillingen til den bevegelige delen 16, dvs. dens stilling relativt i forhold til punktet X, mens delen er i bevegelse og for å tilveiebringe dens stillingsinformasjon i egnet form fra en datamaskin 40 via.'.en linje 41 til programmeringsinnretningen 30 for styringsformål.

Stillingsovervåkingssystemet vist på fig. 1 innbefatter i alminnelighet en klokke 32, en tilbakekoblingsstillingsteller 34, en eksiteringsforsterker 44, tilbakekoblingsanordning 36, et filter 47, en null-gjennomgangsdetektor 48, en stil-lingslagringsånordning 38, en null-stillingsteller 32 og en samplingsdatamaskin 40. Klokken 3 2 har form av en krystalloscillator betjenbar ved en ønsket frekvens. Tilbakekoblingstelleren 34 har form av en integrert krets eller mikrodata-maskin som har et forutbestemt telleområde, dvs. f.eks. fra 0 til 4095, eller totalt 4096 tellinger. Tilbakekoblingsan ordningen 36 har form av en resolver eller en "Inductosyn"-anordning som.er mekanisk forbundet for å reagere på bevegelse til den bevegelige delen 16. Stillingslageret 38 er en integrert krets eller mikroprosessoranordning slik som en 12-bits binærsperrekrets. Filteret 47, null-gjennomgangsdetektoren 48 og toveis null-stillingstelleren-52 skal beskrives nærmere senere. Samplingsdatamaskinen 4 0 bestemmer den absolutte stillingen til den bevegelige delen 16 mens sistnevnte er i bevegelse og tilfører denne informasjonen i egnet signal-form til programmeringsinnretningen 30 på linjen 41a.

Tilbakekoblingsstillingstelleren 34, som er forbundet ved hjelp av linjen 41 b med klokken 32 teller kontinuerlig ved klokkefrekvensen og styrer (via linjen 42) taktingen av eksitererforsterkeren 44 som tilveiebringer eksitasjonssignaler via en linje 45 til tilbakekoblingsanordningen 36. Tilbakekoblingsanordningen 36 frembringer et tilbakekoblingssignal via linjen 46 og filteret 47 til gjennomgangsdetektoren 48. Som reaksjon på et negativt blivende null-gjennomgangstilbake-koblingssignal frembringer null-gjennomgangsdetektoren 48 et pulset utgangssignal, heretter kallet tilbakekoblingspulsen, via en linje 49 til et stillingslager 38 og via linjen 50 til toveis null-stillingstelleren 52.

Tilbakekoblingstelleren 34 frembringer et stillingstellesignal Nc over en linje 53 til stillingslageret 38 og over linjen 54 til toveis null-stillingstelleren 52. Faseforskyvningen til tilbakekoblingssignalpulsen på linjen 49 relativt i forhold til det pulsede eksitasjonssignalet på linjen 45 er lineær i forhold til den fysiske forskyvningen av tilbakekoblingsanordningen 3 6 og delen 16 relativt i forhold til punktet X. Det pulsede tilbakekoblingssignalet på linjen 49 "synkron-innfører" tilstanden til tilbakekoblingsstillingstelleren 34. Med andre ord ved tidspunktet for mottagelse av tilbakekoblingspulsen blir telleverdien til tilbakekoblingsstillingstelleren 34 sperret eller lagret i stillingslageret 38 som stillingsnummeret Np. Stillingsnummeret eller tallet Np i stillingslageret 38 og tilgjengelig på linjen 56 er lineært i forhold til forskyvningen til tilbakekoblingsanordningen 36 og den bevegelige delen 16. Stillingstallet Np i stil-lingsanordningen 38 blir gjentagende oppdatert ved frekvensen til tilbakekoblingssignalet som kommer inn på linjen 49 og blir samplet periodisk ved hjelp av datamaskinen 40 på linjen 56 for å bestemme kumulativ forskyvning av den bevegelige delen 16. Frekvensen til tilbakekoblingssignalet på linjen 4 6 blir i alminnelighet valgt til å være ti ganger hurtigere enn samplingshastigheten til datamaskinen 40.

Fig. 2 viser en mer detaljert fremstilling av delene ved kretsen.vist på fig. 1 og viser f.eks. komponenter og krets forbindelser ved en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen som blir konstruert og drevet. Det skal bemerkes at de spesielle komponentene som er beskrevet i forbindelse med fig. 2 naturligvis kun er benyttet som et eksempel og at andre sammenlignbare anordninger kun har blitt benyttet.

På fig. 2 er klokken 32 en krystalloscillator, slik som f.eks. CTS Knights MXO-4 0.

Tilbakekoblingsstyringstelleren 34 er innbefattet av en 12-bits binærteller som i den her foretrukne utførelsesformen er sammensatt av tre Texas Instrument Model 74LS163 synkrone tellere, hver betegnet 75, og et par Texas Instrument Model 74S241 bufferlinjedrivere, hver betegnet med henvisningstallet 76. Bufferlinjedriveren 76 isolerer tellerne 75 fra en hver støy på linjen 4 2 og øker dessuten antall anordninger som kan bli drevet ved hjelp av tellerne 75. Tellerne 75 teller kontinuerlig med en konstant hastighet og fører ut et 12-bits binærtall (på linjene FBØ til FB11) som går fra 0 til 4095-^q til buf f erlinjedriverne 76. Den tredje mest vektige biten av- dette 12-bits binærtallet blir også tilført på linjen FB9 til eksitererforsterkeren 44. Bufferlinje-driverne 76 fører ut dette 12-bits binærtallet (på linjene FBKØ til FBK11). til stillingslageret 38. Eksitererforsterkeren 44 er innbefattet av en sinus/cosinus-generator 77 og en forsterker 78. Sinus/cosinus-generatoren 77 er innbefattet av et par JK-flipp-flopp 79a og.79b som er sammensatt av en enkel monolytisk brikke slik som en Texas Instrument Model 74LS107 brikke. Flipp-floppene 79a og 79b er forbundet med hverandre med J- og K-inngangene til flipp-floppen 79a forbundet med henholdsvis Q-og Q-utgangene til flipp-floppets 79b. J- og K-inngangene til flipp-floppen 7 9b er forbundet med henholdsvis Q- og Q-utgangene til flipp-floppen 79a. Med flipp-floppene 79a og 79b forbundet med hverandre på denne måten frembringer flipp-floppen 79b et utgangssignal Cl ved dens Q-utgang, dvs. faseforskjøvet 90° i forhold til utgangssignalet Sl frembrakt ved Q-utgangen til flipp-floppen 79a etter mottagelse av et klokkesignal ved hvert flipp-flopp.

Forsterkeren 78 er innbefattet av fire periferiske drivere 81a til 81d henholdsvis, idet hver periferisk driver er en Texas Instrument Model 75450 driver. Inngangen til hver av driverne 81a og 81c er forbundet med Q-utgangen til et av henholdsvis flipp-floppene 79a og 7 9b. Inngangen til hver av driverne 81b og 81d er forbundet over en av inverterne 82a og 82b med Q-utgangen til en av flipp-floppene 7 9a og 79b henholdsvis. Statorviklingen SW1 til tilbakekoblingsanordningen 36 er forbundet over utgangen til driverne 81a og 81b og på samme måte er viklingen SW2 forbundet over utgangen til driverne 81c og 81d.

Som fig. 2 viser har tilbakekoblingsanordningen 3 6 form av en resolver som er en rotasjonstransformator med ovenfor nevnte to primære statorviklinger SW1 og SW2 på en stator S og en sekundær rotorvikling RW på en rotor R. Primærstator-viklingen SW1 og SW2 er viklet og anordnet for å være orien-tert 90° fra hverandre. Statorviklingene SW1 og SW2 blir aktivert fra eksitererforsterkeren 44 med to vekselstrøms-spenninger som har lik amplitude, men er faseforskjøvet 9 0° fra hverandre vil fasen til grunnkomponenten til rotor- spenningen i viklingen RW (relativt til en av statorspennin-gene) vil bli rettet proporsjonalt i forhold til rotasjons-stillingen til rotoren. Fasen til rotorspenningens grunnkomponent vil forskyves over 3 60° når rotoren blir dreiet en omdreining. Dersom rotoren er mekanisk forbundet med akselen til drivmotoren 18 til delen 16 kan delens stilling således bli bestemt ved måling av faseforskyvningen til rotorspenningens grunnkomponent relativt i forhold til en av stator-spenningene. Utvekslingsforholdet mellom motor og resolveren 36 er slik at en omdreining av resolveren tilsvarer en glide-bevegelse i størrelsesorden av 2 mm eller 4mm eller en annen egnet størrelse. Ved den foretrukne utførelsesformen er tilbakekoblingsanordningen 3 6 en induktosyn anordning frem-stilt av Farran Controls, Inc.) Inductosyn Corporation, New York, New York, og beskrevet i dette firmaets publikasjon med tittelen "Inductosyn-Principles and Applications".

En rotasjonsindoktsynanordning (ikke vist), kan bli betraktet som en fleromdreinings- (flerhastighets-) resolver dvs. hver omdreining av rotoren bevirker at rotorfasens grunnspennings-komponent forskyves flere 360° dersom statorviklingene SW1

og SW2 blir aktivisert, som tidligere beskrevet. Typiske omdreininger for rotasjonsinduktosynen er 128, 180, 256,

360 og 1000. Rotasjonsinduktosynanordningene blir benyttet for rotasjonsmessig bevegelsesmålinger som krever en høy nøyaktighetsgrad.

En lineær induktosynanordning (ikke vist) kan bli betraktet som en rotasjonsinduktosynanordning som har blitt rullet ut. Glideren og skalaen til lineærinduktorsynanordningen korresponderer med stator og rotor henholdsvis til rotasjonsanord-ningen. Lineære induktosynanordninger blir på samme måte benyttet ved lineære anvendelser, som krever høy nøyaktighet. Disse anordningene er tilgjengelige i rotasjoner hvor en

360° faseforskyvning i skalaen korresponderer med en bevegelse på 2 mm eller 4 mm.

Tilbakekoblingssignalet fra en induktosynanordning av rotor eller skalatypen er betraktet svært lite og en forforsterker (ikke vist) er derfor nødvendig for å forsterke dette signalet til et brukbart nivå.

Som det fremgår av fig. 2 mottar filteret 47 utgangssignalet fra rotorviklingen RW til tilbakekoblingsanordningen 36 og slipper kun dens grunnkomponenter (signal Fl på fig. 2, 5B og 5D) til null-gjennomgangsdetektoren 48. Null-gjennomgangsdetektoren 48 fører ut en tilbakekoblingsutføringspuls P

til stillingssperrene i stillingslageret 38 og til null-' stillingstelleren 52. Stillingslageret 38 er vist som et 12-bits lager av tre Texas Instrument Model 74LS17 5 firdobbelt flipp-flopp av D-typen med sletter, idet hver er betegnet med henvisningstallet 82. Eksitasjonssignalet til statorviklingen SW1 har f.eks. form av en firkantbølge, som vist på fig. 5A og varigheten til en av pulsene (mellom de prikkede linjene betegnet med henvisningen A og B) er 4096 tellinger. Tilbakekoblingssignalet for tilbakekoblingen 36 etter fil-treringen har form av en sinusbølge, som vist på fig. 5B. Null-gjennomgangsdetektoren 48 drives for å tilveiebringe

et pulssignal P, vist på fig. 5C, som korresponderer med den negativ-blivende null-gjennomgangen til det filtrerte tilbakekoblingssignalet (sammenlign fig. 5A og 5B, 5C) og ut-fører funksjonene beskrevet senere. Det skal bemerkes at fig. 5A, 5B og 5C sammen viser betingelser hvor delen 16

er stasjonær. Fig. 5A, 5D og 5E betraktet sammen viser en betingelse hvor delen 16 beveger seg og en faseforskyvning av det filtrerte tilbakekoblingssignalet (fig. 5D) relativt i forhold til eksitasjonssignalet (fig. 5A) resulterer i en forskyvning av pulssignalet (fig. 5E) relativt i forhold til eksitasjonssignalet.

Pulssignalet P på fig. 5C og 5E utfører følgende funksjoner: Pulsen synkroninnfører strømtelleverdien Nc i 12-bits tilbakekoblingsstillingstelleren 34 inn i stillingslageret 38. Stillingslageret fører ut strømtelleverdien som stillings tallet Np til datamaskinen 40. Pulsen P åpner også null-stillingstelleren 52 som holder sporet til tallet for taktene og i viss retning stillingen til resolveren 36 går gjennom null og følgelig tallet til taktene og i viss retning stillingstallet Np går gjennom null. Med denne informasjonen kan systemet spore en mye høyere tilbakekoblingshastighet enn ellers ville være mulig uten å gå tilbake til mer kompliserte innretninger.

Ved hastigheter lik eller større enn en forutbestemt hastighet, ved viss hastighet endringen ved logisk etter hverandre samplede stillingstall ligner en halvdel av telleområdet til tilbakekoblingsstillingstelleren 34, hjelper informasjonen tilveiebrakt av null-stillingstelleren 52 i form av en null-stillingstelleverdi i datamaskinen 40 ved bestemmelsen av bevegelsesretningen til bevegelige deler 16 som følgende.

Fig. 6 og 7 viser kurver angående problemet med tvetydighet som kan oppstå mellom i logisk rekkefølge sampler dersom bevegelsesretningen til delen 16 er ukjent og dens hastig-

het er slik da for å bevirke tilbakekoblingssignalet (fig.

5D) for å veksle slik at null-gjennomgangspulsen P (fig. 5El har vekslet halvdelen av telleområdet eller mer. For å overvinne det problemet mottar null-gjennomgangsdetektoren 48 tilbakekoblingssignalet på linjen 46 fra tilbakekoblingsanordningen 36 og fører signalet P på linjen 49 og 50 til toveis null-stillingstelleren 52, som er en 4-bits toveis binær teller vist nærmere på fig. 2 og 3. Hver gang stillingstallet Np passerer gjennom et minst viktig tall, slik som null, vil null-stillingstelleren 52 enten inkrementere eller dekrementere med en, avhengig av retningen på null-gjennomgangen. Med null-stillingstelleren 52 addert til basistil-bakekoblingstelleverdien er den endelige hastighetsbegrensningen til et stillingsovervåkningssystem så stort at det er irrelevant med hensyn til begrensningen å praktisere til-bakekoblingssystemer.

Null-stillingstelleren 52 er nødvendig av følgende grunner.

På grunn av det forutbestemte telleverdiområdet til tilbakekoblingstelleren 34 har et system som benytter det samme en iboende begrensning med hensyn til dets evne å overvåke nøyaktig stillingen til delen 16, dersom og når delen 16 beveges ved eller over en forutbestemt hastighet hvis ikke en kompensasjon er gjort for dette. Dersom stillingstallet Np endres mellom logisk etterhverandre følgende sampler med

en verdi lik eller mindre enn en halvdel av området til tilbakekoblingsstillingstelleren 34 vil f.eks., som fig. 6 og 7 viser klart, kan retningen til endringen og derfor den absolutte stillingen til den bevegelige delen 16 ikke bli bestemt uten ytterligere informasjon. Dette kan bedre forklares ved betraktning av følgende eksempler betegnet 1 og 2.

Eksempel 1

Under henvisning til fig. 6 og 7 antas følgende betingelser: Telleområde for tilbakekoblingsstillingstelleren 34 = 4096

(0-4095)

Np1= stillingstall for første sampel tatt fra lageret 38 =3600

Np2= stillingstall for andre sampel tatt fra lageret 38 =

500

(NB: En økning av tallet korresponderer med bevegelsen i

en positiv (+) retning).

Dersom den antatte endringen i stillingstallet Np mellom

de logisk etter hverandre følgende sampler er mindre enn halvdelen av telleområdet til stillingstelleren 34, dvs. mindre enn 2048 telleverdier som forklart ovenfor, så må

Np ha endret fra 3000 gjennom 0 til 500 i positiv (+) retning (netto endring = 4096 - 3000 + 500 = 1596) og ikke 3000 til 500 i negativ (-) retning (netto endring = 3000 - 500 = 2500). Bevegelsen til den bevegelige delen 16 mellom samplene må således ha vært i positiv (+) retning. Dersom antagelsen ovenfor ikke kan bli utført så kan ikke bevegelsesretningen

og den absolutte stillingen til delen 16 bli bestemt uten ytterligere informasjon.

Grensehastigheten V^imtil den bevegelige delen 16 er definert ved hjelp av følgende formel:

Hvor CR = telleområdet til tilbakekoblingsstillingstelleren 34

Ts = tid mellom etter hverandre følgende sampler

D = forskyvningen av den bevegelige delen 16 pr. en telleverdi til tilbakekoblingsstillingstelleren.

Eksempel 2

Vl,i. m blir bereanet for en verktøymaskinsledeakse med følgende stillingstilbakekoblingsparametere: CR = 4096 (0 til 4095)

Ts = 0,0 04 sekund

360°-fase tilbakekoblingsforskyvning = 0,25 cm D = 0,254 cm/4096 = 0,0000619 cm.

eller V,. = 1963,98 cm/min.

lim

Ved eksemplet 1 er det fremkommet at stillingstallet Np

ikke passerte gjennom 0 mellom samplene og en netto-endring på 2500 (3000 til 500) i negativ (-) retning kunne ha blitt bestemt, selv om 2500 er større enn en halvdel av telleområdet til tilbakekoblingsstillingstelleren 34. Dersom nettotallet til stillingstallet Np-gjennomgangene gjennom null mellom etterhverandre følgende sampler er kjent finnes i alminnelighet ikke lengre hastighetsgrensen V-Lim' beskrevet ovenfor.

Det skal igjen henvises til fig. 1, 2 og 3 som viser en fore-trukket utførelsesform av en null-stillingsteller 52. På fig. 3 er null-stillingstelleren 2 innbefattet av en synkron 4-bits toveis binærteller 61, slik som en Texas Instruments Model 74S169, som er nærmere beskrevet i Texas Instruments Bulletin nr. DL-S 7612068, oktober 1976 og spesielt på side 7-226.

Telleren 61 har sin klokketerminal CLK tilkoblet for å motta tilbakekoblingspulsen fra linjen 50. Frem- og tilbakeinngan-gen til telleren 61, betegnet U/D er forbundet via en inver-ter 62 og linjen 54 med linjen FBK 11 til driverene 76 til tilbakekoblingsstillingstelleren 34, vist på fig. 2. På fig. 2 er vist linjen FBK 11 som er en av de 12 linjene til driverne 76 og som fører biten Neil, hvis bit er det mest vektige av de 12 bitene som innbefatter stillingstallet Nc. Inverteren 62 inverterer den logiske tilstanden til biten Neil som således tilfører telleren 61 biten Neil.

Telleren 61 har datainngangsterminaler betegnet med A, B,

C og D og som er forbundet via en motstand R med en spennings-kilde betegnet Vcc. Telleren 61 har også en lasteterminal betegnet LOAD forbundet via motstanden R med spenningskilden Vcc.

Telleren 61 har datautgangsterminaler betegnet 0^, Og, 0^ og Op, som er tilkoblet for å tilveiebringe utgangssignaler re-presentative for netto null-gjennomgangstallet Nc på linjen 55 til datamaskinen 40. Telleren har telleåpningsterminaler betegnet EP og ET, begge forbundet med en utgangslinje 65

fra en logisk krets 66 vist på fig. 3 med prikkede linjer.

Den logiske kretsen 66 er innbefattet av tre inngangs NOG-porter 68 og 70 henholdsvis, idet hver NOG-port er i alminnelighet en Texas Instrument Model 7410 NOG-port. NOG-porten 68 er forbundet ved dens første inngang via inverteren 62 med linjen 54, som således bevirker at NOG-porten 68 blir forsynt med bit-Ncll. NOG-porten 70 er forbundet direkte ved en første inngang med linjen 54 slik at NOG-porten 70 blir forsynt med biten Neil. Den andre og tredje inngangen til NOG-porten 68 er forbundet via linjen 60 med linjen A10 og All til sperrene 82 til stillingslageret 38 slik at NOG-porten 68 blir forsynt med biter NplO og Npll, henholdsvis som er henholdsvis det andre mest vektige og den mest vektige biten til stillingstallet Np. Hvert par av invertere 63a og 63b forbinder en adskilt av andre og tredje inngangen til NOG-porten 7 0 med henholdsvis andre og tredje inngangen til NOG-porten 68 slik at NOG-porten 7 0 blir forsynt med biter NplO og Npll som er logiske inverse av henholdsvis bitene NplO og Npll.

Diagrammet på fig. 8 viser driften av kretsen vist på fig. 1, 2 og 3. Området til tilbakekoblingsstillingstelleren 34 er delt i fire kvadranter. Det antas at den første til to etter hverandre følgende tilbakekoblingspulser forekom i kvadranten IV og den andre forekom i kvadranten I. Den andre tilbakekoblingspulsen bevirker at null-gjennomgangstallet Nz inkrementeres med 1 på grunn av betingelsen Npll-NplO.Ncll=l som angir at stillingstallet Np har passert med urviseren (positiv retning). Hadde den første tilbakekoblingspulsen forekommet i kvadranten I og den andre tilbakekoblingspulsen i kvadranten IV vil på lignende måte null-gjennomgangstallet Nz ha blitt dekrementert med 1 på grunn av betingelsen Npll-NplO-Neil = 1, som angir at stillingstallet Np hadde passert gjennom null mot urviseren (negativ) retning.

Den beskrevne nullstillingstelleren 52 kan drives riktig kun dersom hastigheten til den bevegelige delen 16 er begrenset til en hastighet som korresponderer med en forskjell på 1024 telleverdier i logisk etter hverandre følgende verdier av Np (A Npmax). Skulle den hastigheten bli overskredet vil noen stillingsnummergjennomganger Np gjennom null gå tapt og systemet vil misse sporet til den bevegelige delen 16. Denne hastighetsbegrensningen er imidlertid ikke en alvorlig be grensning. Dersom null-stillingstellerkretsen 52, beskrevet ovenfor, ble tilført til et system slik som beskrevet i eksem-

pel 2 og eksitasjonsfrekvensen var 2500 Hz ville den maksimale sporehastigheten til delen 16 øke fra 1903,98 til 7620 cm/min. Dersom heksitasjonsfrekvensen var 5000 Hz vil den maksimale sporehastigheten til delen 16 øke fra 19 03,98 til 15240 cm/min.

Null-stillingstellerkretsen 52, ovenfor beskrevet, kan bli modifisert til å øke A Npmax, og derfor maksimal-sporehastigheten ved å benytte flere kompliserte kretser for å styre U/D,

ET og EP inngangene til telleren 61.

Det skal bemerkes at foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset

til anvendelser hvor null er det minst vektige tallet i tilbakekoblingsstillingstelleren 34. Det er kun nødvendig at overgangen til Np gjennom det minst vektige tallet blir to-

veis detektert.

Selv om den viste utførelsesformen av oppfinnelsen har blitt

•beskrevet i enkelhet for å vise en praktisk operativ opp-

finnelse er det for fagmannen på området mulig med mange modifikasjoner og endringer.

Claims (10)

1. Elektronisk styresystem for overvåking av stillingen til en bevegelige del som er bevegelig i motsatt retninger, karakterisert ved c første innretning operativt forbundet med den bevegelige delen for å frembringe første signalinformasjon som varierer som følge av bevegelsen til den bevegelige delen, idet første signalinformasjon er tvetydig med hensyn til retningen til bevegelsen til den bevegelige delen når den bevegelige delen beveger seg med en hastighet større enn en forutbestemt hastighet, en andre innretning operativt forbundet med den første innretningen for frembringelse av andre signalinformasjon som angir bevegelsesretningen til den bevegelige delen når den bevegelige delen beveger seg ved en hastighet større enn den forutbestemte hastigheten, og en tredje innretning operativt forbundet med den første og andre innretning for å behandle første og andre signalinformasjon for å bestemme stillingen til den bevegelige delen uten tvetydighet og for frembringelse av tredje signalinformasjon som angir stillingen til den bevegelige delen som kan nyttes for styreformål.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at innretningen innbefatter en klokke for frembringelse av et utgangssignal ved faste periodiske intervaller, en tilbakekoblingsstillingsteller som har et forutbestemt telleområde for frembringelse av en stillingstelleverdi (Nc) som reaksjon på utgangssignalet til klokken, eksitasjonsinnretning forbundet med tilbakekoblingsstillingstelleren for frembringelse av et eksitasjonssignal som reagerer på stillingstelleverdien, en tilbakekoblingsanordning operativt forbundet med eksitasjonsinnretningen for tilveiebringelse av et tilbakekoblingssignal som er fase-forskjøvet fra eksitasjonssignalet i samsvar med forskyvningen av den bevegelige delen, og et stillingslager operativt forbundet med tilbakekoblingsanordningen og med tilbakekoblingstelleren for sperring av stillingstelleverdien som reaksjon på tilbakekoblingssignalet for tilbakekoblingsanordningen og for utføring av et stillingstall (Np) i samsvar med stillingstelleverdien sperret i stillingslageret.

3. System ifølge krav 1, karakterisert ved at den andre innretningen innbefatter en null-stillingsteller for frembringelse av en null-stillingstelleverdi (Nz) som angir nettotallet for tidspunktet og i hvilken retning første signalinformasjonen går gjennom et minste vektig tall.

4. System ifølge krav 3, karakterisert ved at nullstillingstelleren innbefatter en synkron 4-bits toveisteller.

5. System ifølge krav 2, karakterisert ved at den tredje innretningen innbefatter en datamaskin .

6. Elektronisk styresystem for overvåkning av stillingen til en bevegelig del som er bevegelig i motsatt retning, karakterisert ved kombinasjonen av en første innretning som har et første telleområde for tilveiebringelse av et stillingstelletall (Nc) i forhold til stillingen til den bevegelige delen, en andre innretning operativt forbundet med den første innretningen for å motta stillingstelletallet (Nc) og som reaksjon på bevegelsen av den bevegelige delen, som tilveiebringer et kontinuerlig oppdatert stillingstall (Np) i forhold til stillingen til den bevegelige delen, en tredje innretning operativt forbundet med den første og andre innretningen for å frembringe en nullstilligstelle-verdi (Nz). som angir nettotallet for tider og i vilke retning e stillingstallet (Np) har passert gjennom et minste vektig tall, og en fjerde innretning operativt forbundet med den andre og fjerde innretningen for behandling av stillingstallet (Np) og null-stillingstelleverdien (Nz) for utvetydig å bestemme stillingen til den bevegelige delen uansett hastigheten til den bevegelige delen.

7. System ifølge krav 6, karakterisert ved at den tredje innretningen innbefatter en synkron 4-bits toveisteller.

8. Elektronisk styresystem for overvåkning av stillingen til en bevegelig del som er bevegelig i motsatte retninger, karakterisert ved en kombinasjon av en første innretning innbefattende en tilbakekoblingsstillingsteller som har et forutbestemt telleområde for tilveiebringelse av et stillingstelletall (Nc) i forhold til stillingen til den bevegelige delen, andre innretning innbefattende en tilbakekoblingsanordning og et stillingslager operativt forbundet med den første innretningen og som reagerer på bevegelse av delen for tilveiebringelse av et kontinuerlig oppdatert stillingstall (Np) lineært i forhold til stillingen til den bevegeligde delen, en tredje innretning innbefattende en nullstillingsteller forbundet med tilbakekoblingsstillingstelleren og stillingslageret for frembringelse av en nullstillingstelleverdi (Nz) som angir nettotalléts tider og i hvilke retning posisjonstallet (Np) har passert gjennom et minste vektig tall, og en fjerde innretning operativt forbundet med den andre og tredje innretningen for behandling av stillingstallet (Np) og nullstillingstelleverdien (Nz) for utvetydig å bestemme bevegelsesretningen til den bevegelige delen uten hensyn til den bevegelige delens hastighet og for frembringelse av ut-gangsdata som angir bevegelsesretningen til den bevegelige delen.

9. Elektrisk styresystem for overvåkning av stillingen til en bevegelige del som er bevegelig i motsatte retninger, karakterisert ved kombinasjon av en klokkeanordning for tilveiebringelse av et kontinuerlig klokkesignal, en tilbakekoblingsstillingsteller som har et forutbestemt telleområde, en eksiterer som reagerer på tilbakekoblingsstillingstelleren, hvor tilbakekoblingsstillingstelleren kan motta klokkesignalet fra klokkeanordningen og kan tilveiebringe et eksiterersignal, idet tilbakekoblingsstillingstelleren dessuten kan frembringe et stillingstelletall (Nc) i forhold til stillingen til den bevegelige delen, en tilbakekoblingsanordning for mottagelse av eksiterersignalet fra eksitereren og som reaksjon på bevegelsen av den bevegelige delen for å tilveiebringe et tilbakekoblingssignal, et stillingslager operativt forbundet med tilbakekoblingsstillingstelleren for å motta stillingstelletallet (Nc) fra dette og forbundet med tilbakekoblingsanordningen for å motta tilbakekoblingssignalet derfra for å tilveiebringe et kontinuerlig oppdatert stillingstall (Np) i forhold til stillingen til den bevegelige delen, en nullstillingsteller operativt tilkoblet for å motta stillingstelletallet (Nc) fra tilbakekoblingsstillingstelleren operativt tilkoblet for å motta stillingstallet (Np) fra stillingslageret, og operativt tilkoblet for å motta tilbakekoblingssignalet fra tilbakekoblingsanordningen for å bestemme nettotidstallet og retningen stillingstallet (Np) har passert gjennom et minste vektig tall mellom etter hverandre følgende sampler og for å tilveiebringe et nullstillingstelletall (Nz) som angir dette, og en datamaskinretning for behandling av stillingstallet (Np) og telletallet (Nz) for utvetydig å bestemme stillingen til den bevegelige delen og uten hensyn til hastigheten til den bevegelige delen.

10. Elektronisk styresystem for å overvåke stillingen til en bevegelig del som kan beveges i motsatte retninger, karakterisert ved en klokke for å tilveiebringe et kontinuerlig klokkesignal, en eksitereranordning, en tilbakekoblingsstillingsteller som har et forutbestemt telleområde for å motta klokkesignalet og for å bevirke et eksiterersignal fra eksitereranordningen og for å tilveiebringe et stillingstelletall (Nc), en tilbakekoblingsanordning som reagerer på bevegelsen av den bevegelige delen for å motta eksiterersignalet og for å tilføre et tilbakekoblingssignal, et stillingslager for å motta stillingstelletallet (Nc) og et tilbakekoblingssignal og for å tilveiebringe et kontinuerlig oppdatert stillingstall (Np) i forhold til delens stilling, innretning som innbefatter en nullstillingsteller operativt tilkoblet for å motta stillingstelletallet (Nc) for å motta stillingstallet (Np), for å motta tilbakekoblings-tallet og for å tilføre et nullstillingstelletall (Nz) som angir nettotidstall og retningen stillingstallet (Np) passerer gjennom null mellom etter hverandre følgende sampler, og datamaskininnretning for behandling av stillingstallet (Np) og nullstillingstelletallet (Nz) for utvetydig å bestemme bevegelsesretningen og forskyvningen av den bevegelige delen uten hensyn til den bevegelige delens hastighet. v-1