DE1077300B - Vorrichtung zur selbsttaetigen Interpolation von als Spannung dargestellten Steuerbefehlen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die automatische Interpolation von Steuerbefehlen, welche als Spannung dargestellt sind, bei der mittels eines angezapften Transformators und einer Wählvorrichtung eine Auswahl unter den Spannungswerten vorgenommen, durch weitere Spannungsteiler die ausgewählte Spannung unterteilt und die so erhaltene Spannung der ursprünglich ausgewählten Spannung hinzugefügt wird.

In einem automatischen Steuersystem, wie es z. B. für die Steuerung von Werkzeugmaschinen gebraucht wird, ist es oft erforderlich, eine Spannung abzuleiten, die eine Funktion von der Verschiebung eines Maschinenteiles, beispielsweise einer Welle oder eines anderen Elementes, ist. Um diese Bedingung zu erfüllen, kann das betreffende Maschinenteil mit dem Wähler eines Spannungsteilers gekoppelt sein. Praktische Überlegungen machen normalerweise die Benutzung eines Spannungsteilers mit mehreren gesonderten Abgriffen erforderlich, was natürlich bewirkt, daß die Spannung, die von den Abgriffen abgeleitet wird, Sprünge besitzt. Dies bewirkt nicht nur eine Begrenzung der Genauigkeit, mit der die Funktionswerte dargestellt werden, sondern bringt auch Schwierigkeiten mit sich, wenn der Spannungsteiler ein Teil eines automatischen Steuersystems ist, in dem fortlaufende, gleichmäßige Steuerung erwünscht ist. Um eine hohe Genauigkeit zu erzielen, ist es deshalb not- -wendig, zwischen den Spannungen, die von den Abgriffen auf dem Spannungsteiler abgeleitet werden, zu interpolieren. Es ist bekannt, eine solche Interpolation auszuführen, indem man einen weiteren Spannungsteiler zwischen zwei Abgriffe des ersten Spannungsteilers schaltet. Hierdurch entsteht jedoch der Nachteil, daß der zweite Spannungsteiler den ersten Spannungsteiler teilweise oder ungleichmäßig belastet und so die Genauigkeit des Ausganges stört.

Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte Interpolationsvorrichtung, bei der der aufgezeigte Nachteil verringert wird. Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die zusätzlichen Spannungsteiler von der angelegten Bezugsspannung gespeist werden, so daß der erste Transformator nicht ungleichmäßig belastet wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen in Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einer sogenannten »Nachschalt-Interpolation«, bei der der Interpolationsfaktor explizite erhalten wird,

Fig. 2 eine Abwandlung von Fig. 1, Vorrichtung zur selbsttätigen Interpolation von als Spannung dargestellten

Steuerb ef ehlen

Anmelder:

Electric & Musical Industries Limited, Hayes (Großbritannien)

Vertreter: Dr. K.-R. Eikenberg, Patentanwalt, Hannover, Am Klagesmarkt 10/11

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 27. Januar 1954 und 13. Januar 1955

Rolf Edmund Spencer und Geoffrey Huson Stephenson,

London,
sind als Erfinder genannt worden

Fig. 3 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 ein Beispiel einer Interpolationsvorrichtung gemäß der Erfindung mit sogenannter »Vorschall-Interpolation«,

Fig. 5 eine andere Vorrichtung gemäß der Erfindung mit Vorschalt-Interpolation,

Fig. 6 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Interpolation zwischen Bezugswerten einer Funktion von zwei Variablen,

Fig. 7 eine Abwandlung von Fig. 6, Fig. 8 eine Abwandlung von Fig. 4,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 8, Fig. 10 eine Variante von Fig. 8, Fig. 11 eine Abwandlung von Fig. 1.

Die Anordnung nach Fig. 1 enthält einen angezapften Spartransformator 1, der durch eine konstante Bezugswechselspannung gespeist wird, wobei die Bezugsspannung zwischen den Klemmen 13-und 14 angelegt wird. Die Anzapfungen des Transformators 1 sind mit einer Reihe von Kontakten al bis <z9 verbunden. Sie sind in zwei Gruppen geteilt. Die Kontakte jeder Gruppe sind kreisförmig angeordnet, obwohl sie der Einfachheit der Darstellung wegen in. der Zeichnung in geraden Linien dargestellt sind. Die ungeradzahligen Kontakte liegen auf einem Kreis und die geradzahligen auf einem anderen. Die Kontakte sind mit gleichem Abstand angeordnet, so daß ihre

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Mittelpunkte aufeinanderfolgende diskrete Werte einer Durch den Transformator 6 wird der Spannung am unabhängigen Variablen in gleichen Intervallen dar- Kontakt α 3 eine Zusatzspannung hinzugefügt, welche stellen. Sie bilden einen Teil eines Wählschalters, der das Produkt des ersten Differentials der Funktion einen beweglichen Kontakt in Form von zwei Bürsten (im vorliegenden Beispiel als konstant angenommen) 25 und 26 besitzt. Die ungeradzahligen Kontakte wer- 5 mit der Differenz ist, die zwischen dem Momentanden durch die Bürste 25 überstrichen, während die wert der Variablen und dem diskreten, durch den geradzahligen Kontakte durch die Bürste 26 über- Kontakt α 3 dargestellten Wert herrscht. Diese Diffestrichen werden. Die Bürsten sind auf einer drehbaren renz wird im folgenden als »unabhängiges Inkrement« Welle montiert, so daß sie ihre zugehörigen Kontakt- bezeichnet. Wenn die niedrigtourige Welle ihre Drebahnen abtasten können, wobei die Winkelverschie- io hung fortsetzt und die Bürsten 25 und 26 in der durch bung der Welle und damit der Bürsten von einem Be- den Pfeil 15 dargestellten Richtung bewegt, wird zugswinkel aus den momentanen Wert der Variablen durch Drehung der Bürste 8 in der gewünschten Weise darstellt. Wie in Fig. 1 angegeben, sind die Bürsten 25 das Zusatzsignal proportional dem unabhängigen In- und 26 in äquivalenten Winkelstellungen montiert. Die krement gehalten.

Bürste 25 ist mit dem Mittelabgriff eines Spar trans- 15 Bevor die Bürste 25 den Kontakt α 3 verläßt, beformators 6 und die Bürste 26 ebenso mit dem Mittel- rührt die Bürste 26 den Kontakt α 4. Die Ausgangsabgriff eines Spartransformators 7 verbunden. Die spannung wird indessen so lange von der Bürste 25 Transformatoren 6 und 7 werden jeweils von der Be- abgenommen, bis die Bürste 8 sich zum Transformazugsspannungsquelle, die mit den Klemmen 13 und 14 tor 7 hinbewegt. Sodann wird die Ausgangsspannung verbunden ist, gespeist. Hierzu sind zwei Sekundär- 20 von der Bürste 26 abgenommen, wobei die Verschiewicklungen 23 und 24 mit dem Transformator 1 ge- bung der Bürste 8 den Wert des unabhängigen Inkoppelt. Die Einspulentransformatoren 6 und 7 kön- krements darstellt, gemessen in bezug auf den diskrenen auf denselben Kern gewickelt sein. ten Wert der Variablen, welche durch den Kontakt α 4

Die Transformatoren 6 und 7 bilden zusammen dargestellt wird. Die Bürste 8 berührt ebenfalls den einen zweiten Spannungsteiler. Sie werden wechsel- 25 nächsten Kontakt, bevor sie den vorhergehenden verweise von einem Wählerarm in Form einer auf einer läßt. Es tritt somit in der Ausgangsspannung der AnWelle 9 montierten Kontaktbürste 8 abgetastet. In der Ordnung keine Diskontinuität auf. Die Umschaltzeit Praxis wird die Abtastung der Transformatoren so von einem der Kontakte al bis α 9 zum nächsten Kondurchgeführt, daß man Anzapfungen der Transfer- takt wird durch die Bürste 8 an der hochtourigen matorwindungen mit kreisförmig angeordneten Kon- 30 Welle bestimmt, und infolgedessen entsteht niemals takten verbindet, wobei diese Kontakte jeweils einen eine Ungewißheit, ob die Zusatzspannung zu dem Bogen von ungefähr 180° um die Welle 9 bilden. Die einen oder anderen Kontakt des Langsamschalters Welle 9 ist über ein Getriebe mit der Welle verbunden, gehört.

welche die Bürsten 25 und 26 antreibt, so daß die Es wurde bereits erwähnt, daß die Zusatzspannung

Welle 9 eine halbe Umdrehung macht, während die 35 stets das Produkt der Differenz zwischen den Signalen

Welle, welche die Bürsten 25 und 26 trägt, eine Dre- an zwei aufeinanderfolgenden Kontakten in der

hung ausführt, die dem Abstand zwischen zwei be- Reihe al bis a 9 und dem unabhängigen Inkrement

nachbarten Kontakten α 1,α2... entspricht. Die Welle 9 ist, das durch die Verschiebung der Bürste 8 darge-

wird infolgedessen als die hochtourige Welle der An- stellt wird. Das abgenommene Differenzsignal wird

Ordnung, die andere Welle als die niedrigtourige 40 als »Interpolationsfaktor« bezeichnet. Der Interpola-

bezeichnet. Die Bürste 8 an der Welle 9 liegt am tionsfaktor kann als explizite abgeleitet angesehen wer-

Mittelabgriff des Transformators 6, wenn sich die den, d. h., er ist unabhängig von den Signalen einge-

Bürste25 am Mittelpunkt eines der ungeradzahligen stellt, die der Reihe der Kontakte al bis α9 zugeführt

Kontakte al, α3 ... und die Bürste26 in der Mitte werden.

zwischen zweien der geradzahligen Kontakte befin- 45 Auf diese Art und Weise stört die durch die Transdet. Entsprechend liegt die Bürste 8 am Mittelabgriff formatoren 6 und 7 bewirkte Interpolation nicht die des Transformators 7, wenn die Bürste 26 am Mittel- Genauigkeit der Spannungsteilung durch den Transpunkt eines der geradzahligen Kontakte α 2, α 4 ... formator 1, da keiner der beiden Transformatoren G und wenn die Bürste 25 in der Mitte zwischen zwei und 7 eine teilweise oder ungleichmäßige Belastung ungeradzahligen Kontakten liegt. 50 des Einspulentransformators 1 hervorruft.

Die Ausgangsspannung der iVnordnung wird zwi- Fig. 2 stellt eine andere Anordnung dar, bei der sehen den Klemmen 10 und 11 abgenommen, von de- zwei Bürsten 27 und 28 an der hochtourigen Welle 9 nen eine mit der Bürste 8 und die andere mit der vorgesehen und die beiden Transformatoren 6 und 7 Stromzuführungsklemme 14 verbunden ist. Die Aus- nach Fig. 1 durch einen einzigen Transformator 29 gangsspannung wird an einen geeigneten Belastungs- 55 ersetzt sind. Dieser Transformator soll Abgriffswiderstand angelegt, der durch den Widerstand 12 kontakte besitzen, welche einen Kreisbogen bilden, der dargestellt ist und beispielsweise ein Sendverstärker einem Winkel von etwas mehr als 180° an der Welle 9 sein kann. entspricht. Zu den Zeiten, zu denen die schnellen Bür-

Bei der Beschreibung der Wirkungsweise der An- sten 27 und 28 beide gleichzeitig mit dem Transordnung wird zunächst angenommen, daß sich die 60 formator 29 in Berührung stehen, berühren beide Bürsten in den in Fig. 1 dargestellten Stellungen be- Langsambürsten 25 und 26 einen Kontakt auf der finden. Die Amplitude der an die Ausgangsbelastung jeweiligen Bahn.

12 angelegten Spannung ist gleich der Summe der an Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur Durchführung

dem Kontakt α3 abgenommenen Spannung und der einer linearen Interpolation, bei der das erste Diffe-

zwischen dem Mittelpunkt des Transformators 6 und 65 rential nicht konstant ist und bei der der Inter-

der Bürste 8 abgenommenen Zusatzspannung. Diese polationsfaktor wiederum explizite abgeleitet wird. Die

Zusatzspannung ist gleich Null, wenn die Bürste 8 am die Werte der Funktion für aufeinanderfolgende, im

Mittelpunkt des Transformators 6 steht. Die Aus- gleichen Abstand befindliche diskrete Werte der Va-

gangsspannung ist deshalb in der dargestellten Stel- riablen darstellenden Signale erscheinen wieder an

lung gleich der am Kontakt a3 anliegenden Spannung. 70 den Kontakten al, a2, a3 .. . und werden grob von

Abgriffen des Spartransformators 1 abgeleitet. Der Transformator 1 kann jedoch nicht in passender Weise in einem Bruchteil einer Windung angezapft werden. Um die erreichbare Genauigkeit in den Signalen zu erhöhen, werden daher die von dem Transformator 1 abgegriffenen Spannungen durch Spannungen verändert, die über ein System von Sekundärwicklungen bl, b2, b3 . . . induziert werden. Diese Sekundärwicklungen besitzen eine gemeinsame Primärwicklung 30, welche durch eine konstante Wechselspannung ge- ίο speist wird, die von einer auf denselben Kern wie der Transformator 1 gewickelten Wicklung 31 herrührt. Die Primärwicklung 30 und das System von Sekundärwicklungen bl, b2, δ3 ... werden durch das gestrichelt gezeichnete Rechteck 32 zusammengefaßt und im folgenden als »Injektor« bezeichnet.

Im vorliegenden Falle sind die injizierten Signale konstant, da die Primärwicklung 30 durch eine konstante Spannung gespeist wird. Der Transformator 1 und der Transformator 32 bilden zusammen einen Spannungsteiler, der die gewünschten Bruchteile der Bezugsspannung an die Kontakte öl, a2,a3 ... liefert.

Da im vorliegenden Beispiel die Funktion nicht linear ist, sind die Differentialquotienten der Funktion bei verschiedenen diskreten Werten der Variablen verschieden, und die Interpolationsfaktoren werden durch eine Schaltung eingestellt, die ähnlich der Schaltung ist, mit der die Funktionswerte selbst eingestellt werden. Diese Schaltung enthält einen Spartransformator 33, dessen Anzapfungen mit einer Reihe von Kontakten el, c2, c3 ... verbunden sind, die in derselben Weise wie die Kontakte al, a2, a3 ... in zwei getrennten Bahnen angeordnet sind. An den Transformator 33 wird die aus einer mit dem Transformator 1 gekoppelten Sekundärwicklung 34 erhaltene Spannung angelegt. Die zwei Bahnen, in die die Kontakte el, c2, c3 . . . aufgeteilt sind, werden durch zwei Bürsten 35 und 36 abgetastet. Diese Bürsten sind auf derselben Welle befestigt wie die Bürsten 25 und 26. Die Ausgangsspannung der Bürste 35 wird über einen Kopplungstransformator 37 an den Interpolationstransformator 6 gelegt, während die Ausgangsspannung der Bürste 36 über einen Kopplungstransformator 38 an den zweiten Interpolationstransformator 7 gelegt wird. Die Transformatoren 6 und 7 sind in der in Fig. 1 beschriebenen Weise angeordnet und werden, durch die Bürste 8, die auf der hochtourigen Welle 9 sitzt, abgetastet.

Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 3 ist ähnlich der von Fig. 1 mit der Ausnahme, daß die Interpolationsfaktoren veränderlich sind. Während der Überlappungszeiten, bei denen die Bürsten 35 und 36 gleichzeitig an Kontakten in den entsprechenden Bahnen anliegen, sind die an die Transformatoren 6 und 7 angelegten Spannungen verschieden. Die Transformatoren 6 und 7 müssen infolgedessen auf verschiedene Kerne gewickelt sein oder mit einer Flußabschirmung versehen sein, so daß sie keine merkliche Kopplung miteinander haben. Die Schaltung zum Einstellen der Interpolationsfaktoren kann einen dem Injektor 32 ähnlichen Injektor 39 enthalten, damit eine größere Genauigkeit erzielt wird.

Fig. 4 zeigt eine andere Anordnung, hei der die zur Interpolation benötigten Zusatzspannungen in die Leitungen zu den Kontakten α 1, α 2, a 3 ... eingespeist werden. Durch den Spartransformator 1 und den Injektor 32 werden an die Kontakte a 1, a2, α3 . .. Spannungen angelegt, die Werte einer Funktion für die zugehörigen diskreten Werte der Variablen darstellen. Die Kontakte αϊ, α 2, α 3 ... sind in Fig. 4 in einer einzigen Bahn angeordnet und werden durch eine einzige Bürste 40 abgetastet. Es wird nur eine Bürste benötigt, da, wie sich im folgenden zeigt, die an die Kontakte angelegten Spannungen schon interpoliert sind, so daß die Bürste 40 beim Abtasten der Kontakte keinen plötzlichen Spannungssprung liefert, wenn sie von einem Kontakt zum nächsten gleitet.

Die Interpolationsfaktoren werden vorher den Kontakten al, a2, a3 .. . zugeführt. Dies geschieht durch zwei Injektoren 41 und 42, die sich von dem Injektor 32 dadurch unterscheiden, daß sie durch Spannungen gespeist werden, deren Amplituden sich ändern und das unabhängige Inkrement darstellen. Der Injektor 41 führt den Leitungen zu den geradzahligen Kontakten der Interpolationsfaktoren proportionale Spannungen zu. Er enthält ein System von Sekundärwicklungen d2, d4:, d6 . . ., welche in Reihe mit den entsprechenden Leitungen geschaltet sind. Die Windungszahl jeder dieser Sekundärwicklungen entspricht der Größe des Differentialquotienten der Funktion für den diskreten Wert der Variablen, welcher durch den betreffenden Kontakt dargestellt wird. Ebenso führt der Injektor 42 den Leitungen zu den ungeradzahligen Kontakten den Interpolationsfaktoren proportionale Spannungen zu und enthält ein System von Sekundärwicklungen dl, d3, d5 . .., die in die entsprechenden Leitungen eingeschaltet sind. Die Windungszahl jeder der Sekundärwicklungen dl, d3, d5 . . . enspricht wieder der Größe des Differentialquotienten der Funktion für den zugehörigen diskreten Wert der Variablen.

An die Primärwicklung 43 für den Injektor 41 ist die Spannung angelegt, welche von einer Bürste 44 auf der hochtourigen Welle 9 der Anordnung eingestellt wird, während die Primärwicklung 45 des Injektors 42 mit der von einer auf der Welle 9 befestigten Bürste 46 eingestellten Spannung gespeist wird. Die Bürste 46 ist um 180° gegenüber der Bürste 44 verschoben. Beide Bürsten tasten einen Spartransformator 47 ab, der durch eine feste Bezugs spannung gespeist wird, die von einer im Mittelpunkt angezapften und auf denselben Kern wie der Transformator 1 gewickelten Wicklung 48 erhalten wird. Die Windungszahl der Wicklung 48 ist so abgemessen, daß die Spannungen, die von den Bürsten 44 und 46 eingestellt werden, das unabhängige Inkrement darstellen. Die Teile 41 bis 48 zusammen können deshalb als ein Spannungsteiler mit veränderlichem Teilverhältnis angesehen werden, mit dem eine zusätzliche Spannung abgeleitet wird, die gleich einem veränderlichen Bruchteil der Spannung zwischen dem von der Bürste 40 gewählten Kontakt und einem Nachbarkontakt ist.

Wenn die auf der niedrigtourigen Welle befestigte Bürste 40 auf einen der Kontakte al, a2, a3 . .. trifft, besteht die abgenommene Spannung aus dem diskreten Wert der Funktion und einer Zusatzspannung, welche das Produkt aus dem zugehörigen Differentialquotienten und dem unabhängigen Inkrement darstellt. Die zu dem Transformator 47 gehörigen Kontakte bilden einen Kreisbogen von etwas mehr als 180°, damit jede Unbestimmtheit hinsichtlich des Kontaktes, von dem die Bürste 40 das Ausgangssignal ableitet, vermieden wird. Während der Zeiträume, in denen die Bürste 40 zwei Kontakte berührt, sind die Signale an beiden Kontakten gleich; infolgedessen tritt keine Diskontinuität in der Ausgangsspannung auf.

Die Anordnung in Fig. 4 führt eine sogenannte Vorschalt-Interpolation aus, da das vollständige Interpolationsinkrement oder, wie es bezeichnet werden kann, das abhängige Inkrement in die Zuleitungen zu

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dem Wählerschalter eingeführt wird, von dem das gewünschte Ausgangssignal abgenommen wird.

Wenn es sich um eine lineare Funktion handelt, so daß der Interpolationsfaktor konstant ist, wird vorzugsweise eine Anordnungsform mit Vorschalt-Interpolation verwendet, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, da sie die große Anzahl von Sekundärwicklungen in den Injektoren vermeidet.

Bei der Anordnung nach Fig. 5 werden die an die Kontakte al, a2, ö3 ... angelegten Signale abwechselnd von zwei Spartransformatoren 49 und 50 abgenommen, die dem einzelnen Spartransformator 1 der Fig. 1 entsprechen. Die oberen Enden der Transformatoren 49 und 50 werden mit der Stromzuführungsklemme 13 über Sekundärwicklungen 51 bzw. 52 verbunden, während die unteren Enden der Transformatoren 49 und 50 mit der Stromzuführungsklemme 14 über die Sekundärwicklungen 53 bzw. 54 verbunden sind. Die Wicklungen 51 und 53 sind induktiv mit der Primärwicklung 55 gekoppelt, welche zwischen den Mittelabgriff eines Spartransformators 56 und eine Bürste 57, die den Transformator 56 abtastet, geschaltet ist. Ebenso sind die Wicklungen 52 und 54 induktiv mit einer Primärwicklung 58 gekoppelt, welche zwischen den Mittelabgriff des Transformators

56 und eine zweite Bürste 59 geschaltet ist. Die Bürsten 57 und 59 sind um 180° gegeneinander verschoben auf der hochtourigen Welle 9 befestigt. Die von den Bürsten 57 und 59 gelieferte Spannung stellt das unabhängige Inkrement dar. Die Schaltung ist so> angeordnet, daß die Spannung an jeder der Sekundärwicklungen 51, 53, 52, 54 in jedem Augenblick eine das abhängige Inkrement darstellende Amplitude besitzt. Infolgedessen wird die mittlere Spannung desjenigen der beiden Transformatoren 49 oder 50, von dem die Ausgangsspannung abgenommen wird, in jedem Augenblick um einen Betrag, der dem gewünschten abhängigen Inkrement entspricht, erhöht oder erniedrigt, so daß die Spannung zwischen den Ausgangskontakten 10 und 11 voll interpoliert ist. Der Transformator 56 ist in einem Kreisbogen, der genügend größer ist als 180°, angeordnet, so daß jeder Unbestimmtheitszeitraum, in dem es nicht sicher ist, ob die Bürste 40 entweder den einen oder den nächsten Kontakt berührt, überdeckt wird. Die beiden Bürsten

57 und 59 leisten somit auch dann Spannungen von dem Transformator 56 ab, wenn die Bürste 40 gerade von einem Kontakt zum nächsten überwechselt. Wenn die Ausgangsspannung von beiden Transformatoren 49 und 50 abgeleitet wird, sind die Spannungen an den zwei von der Bürste 40 berührten Kontakten der Reihe al, a2, a3 ... gleich.

Die Anordnung nach Fig. 5 hat den Vorteil im Vergleich zu der nach Fig. 4, daß nur zwei Sekundärwicklungen, beispielsweise 51 und 53, an Stelle des Systems von Sekundärwicklungen in dem Injektor 41 oder 42 benötigt werden. Diese beiden Wicklungen können weiterhin eine viel niedrigere Reihenimpedanz haben als die vielen einzelnen Wicklungen nach Fig. 4.

Anstatt einen Winkel größer als 180° bei dem Transformator 56 zu verwenden, damit sichergestellt wird, daß beide Bürsten 57 und 59 während der Zeit, zu der die Bürste 40 von einem Kontakt zum anderen überwechselt, auf der Kontaktbahn sind, können die Kontakte al, a2, a3 wie in Fig. 2 in zwei Bahnen angeordnet werden. Die Bahnen werden durch gesonderte Bürsten in der beschriebenen Weise abgetastet, die hierbei von einem Präzisionsumschalter eingeschaltet werden, der von der hochtourigen Welle aus betätigt wird.

Fig. 6 hat Ähnlichkeit mit Fig. 4. Die Anordnung nach Fig. 6 dient jedoch zur Interpolation einer Funktiozn von zwei Variablen. Die Kontakte des niedrigtourigen Schalters sind, j etzt in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet, die aus den Zeilen xl, χ 2, χ Ζ .. . und den Spaltenyl y2, y3 . .. besteht, wobei die beiden Variablen der Funktion durch χ und y dargestellt werden. Der Kontakt y 1, χ 5 ist mit einer Anzapfung des Spartransformators 1 verbunden; hier wird eine Spannung abgenommen, die den Wert der Funktion darstellt, wenn y gleich yl und χ gleich χ5 ist. An Kontakt ν2, χ 5 ist eine Spannung angelegt, welche den Wert der Funktion darstellt, wenn 3; gleich ν 2 und χ gleich χ 5 ist. Ebenso stellen die anderen Kontakte in der Zeilen5 Werte der Funktion für aufeinanderfolgende Werte von y dar, wobei χ bei χ 5 bleibt. Die Verbindung der Kontakte in den anderen Zeilen ist entsprechend. Die niedrigtourige Bürste, die sich gemäß der Vektorsumme von χ und y in zwei Richtungen bewegen kann, ist durch das gestrichelte Rechteck 60 dargestellt.

Zwischen dem Transformator 1 und der Kontaktmatrix sind vier Interpolationsinjektoren 61, 62, 63 und 64 angeordnet. Die Injektoren 61 und 62 werden durch die Ausgangsspannung eines Spartransformators 65 gespeist, der mit Bürsten 66 und 67 versehen ist, welche wiederum durch eine hochtourige Welle 68 angetrieben werden, so daß die Spannungen an den Bürsten das unabhängige Inkrement von χ darstellen.

Die Injektoren sind so angeordnet, daß sie Spannungen einführen, welche dem Produkt aus dem unabhängigen Inkrement von χ und dem entsprechenden Interpolationsfaktor, nämlich (-07-) > entsprechen,

wobei Z die zu interpolierende Funktion ist. Ebenso werden die Injektoren 63 und 64 mit Spannungen gespeist, die dem unabhängigen Inkrement von y entsprechen. Dieses Inkrement wird durch eine hochtourige Welle 69 erhalten. Die Anordnung der Injektoren ist so· getroffen, daß sie Spannungen einführen, welche dem Produkt aus dem unabhängigen Inkrement von y mit dem entsprechenden Interpolationsfaktor,

nämlich

\ 0 y Ix

, entsprechen.

Die Leitungen zu den Kontakten in der Zeile χ 5 gehen sämtlich durch den Injektor 61 und gehen abwechselnd durch die Injektoren 63 und 64. Ebenso laufen die Leitungen zu den Kontakten in der Zeile χ 4 sämtlich durch den Injektor 62 und laufen abwechselnd durch die Injektoren 63 und 64 usw. Die Bürste 60 ist so groß, daß sie vier Kontakte gleichzeitig bedecken kann. Durch die vier in der dargestellten Weise angeordneten Injektoren sind aber auch die' Spannungen, die von irgendwelchen vier so miteinander verbundenen Kontakten abgenommen werden können, gleich. Die genaue Zeit des Umschaltens ist daher nicht von Bedeutung, im Gegensatz zum Falle einer eindimensionalen Funktion, wie sie in der Anordnung in Fig. 4 verwendet wird.

An Stelle eines Schalters mit einer in zwei Dimensionen beweglichen Bürste 60 können auch zwei in Kaskade geschaltete Eindimensionsschalter verwendet werden, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung dreht sich eine niedrigtourige, nicht dargestellte Welle, auf der Bürsten el, e2, e3 ... befestigt sind, wobei jede Bürste eine Kontaktreihe abtastet, damit die Variable y dargestellt werden kann. Die Bürsten el, e2, e3 ... sind leitend mit den Kontakten fl, /2, /3 ... des zweiten Schalters verbunden, der eine einzelne, auf einer niedrigtourigen Welle be-

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festigte Bürste 70 besitzt, die die Kontakte fl, /2, /4 ... abtastet. Die Welle der Bürste 70 ist beweglich, damit die Variable χ dargestellt werden kann.

Die Anorndung nach Fig. 7 kann auf drei oder mehr Dimensionen erweitert werden, so daß Funktionen von drei oder mehr Variablen berechnet werden können, indem man so viele Schalter in Kaskade verwendet, wie Variablen der Funktion vorhanden sind.

In allen bisher beschriebenen Anordnungen wird die Erzeugung des unabhängigen Inkrements dadurch durchgeführt, daß man eine Bürste einen angezapften Spartransformator abtasten läßt, wobei die Wirkung der Bürsten darin besteht, die Anzahl der Windungen auf dem Transformator zu verändern. Die Anordnung hat den Nachteil, daß die Ausgangsspannung nur in kleinen diskreten Stufen veränderlich ist. Es ist aber oft eine kontinuierliche Ausgangsspannung erwünscht, da sie kein Schwingen von benachbarten Kontakten erzeugt, wenn sie dazu benutzt wird, den Eingang eines selbstausgleichenden Servosystems mit hoher Servoschleifenverstärkuiig zu speisen. Außerdem sind die Kontakte, mit denen die Spartransformatoranzapfungen verbunden sind, der Abnutzung unterworfen.

Aus diesem Grund ist es oft vorzuziehen, die Spartransformatoren durch kopplungsvariable Transformatoren mit getrennter Primär- und Sekundärwicklung zu ersetzen, die so angeordnet sind, daß die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung sich linear mit der Verschiebung zwischen Primär- und Sekundärwicklung ändert. Ein derartiger Transformator ist keine Schaltvorrichtung und kann offensichtlich keine Umschaltpunkte an dem niedrigtourigen Schalter bestimmen. Ein derartiger kopplungsvariabler Transformator wird infolgedessen mit sehr großem Vorteil in Anordnungen wie in Fig. 4 und 5 verwendet, bei denen, da eine Vorschalt-Interpolation benutzt wird, die genaue Umschaltzeit für die hochtourige Vorrichtung unwichtig ist, vorausgesetzt, daß sie einen ausgedehnten Linearitätsbereich besitzt, so daß jeder Unbestimmtheitszeitraum hinsichtlich der Stellung des niedrigtourigen Schalters überdeckt werden kann. Der benötigte Linearitätsbereich für die hochtourige Vorrichtung ist durch

bestimmt, wobei η die Anzahl der Kontakte ist, die auf dem niedrigtourigen Schalter bei einer Umdrehung der hochtourigen Welle überstrichen werden, und wobei Δ das Inkrement ist, das notwendig ist, um Störungen auf Grund der verhältnismäßig ungenauen Einstellung der Schaltzeit zu vermeiden. Die Anzahl η der Kontakte kann nicht kleiner als 2 sein. Im Falle eines kopplungsvariablen Transformators ist es aber vo'rzuziehen, η größer als 2 zu machen, wobei η = 4 eine geeignete Zahl ist. Der Grund hierfür ist, daß bei η = 2 der Winkel Θ größer als 180° sein muß, so daß die Ausgangsspannung des Spartransformators linear über einen Winkel Verschiebungsbereich, der größer als 180° ist, variieren muß. Das ist schwierig durchzuführen und enthält die weitere Schwierigkeit, daß die Wellenform der Enveloppe der sekundären Ausgangsspannung nicht symmetrisch mit Rücksicht auf irgendeinen Drehwinkel sein kann. Alis diesem Grunde ist es vorzuziehen, η = 4 zu wählen und einen kopplungsvariablen Transformator zu verwenden, der zwei Sekundärwicklungen hat, deren magnetische Achsen im rechten Winkel zueinander stehen.

Fig. 8 stellt eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 4 dar. Die Anordnung nach Fig. 8 verwendet einen nicht angezapften, kopplungsvariablen Transformator. Die Bezugszeichen 71 und 72 bezeichnen die Magnetkerne der Injektoren 41 bzw. 42 für das abhängige Inkrement. Die Primärwicklungen 43 und 45 dieser Injektoren sind mit den Sekundärwicklungen 73 bzw. 74 des kopplungsvariablen Transformators 75 verbunden, wobei die magnetischen Achsen dieser Wicklungen, wie vorher schon angegeben, rechtwinklig zueinander verlaufen. Die Wicklungen 73 und 74 sind so angeordnet, daß sie mit der nicht dargestellten hochtourigen Welle umlaufen, so daß die Winkelverschiebung dem unabhängigen Inkrement entspricht. Der Transformator 75 hat elektrisch gleichsinnige Primärwicklungen 76 und 77, die über die Netzklemmen 13 und 14 gespeist werden. Die aufeinanderfolgenden Sekundärwicklungen der Injektoren 41 und 42 sind jeweils in entgegengesetztem Sinne gewickelt, wobei jede Sekundärwicklung in der Zeichnung als eine einzige Windung gezeichnet ist, die nur dadurch hergestellt ist, daß der entsprechende Leiter durch den Injektorkern hindurchgeht. So läuft die Leitung zu dem Kontakt al in einem Sinne durch den Kern 71., während die Leitung nach α 3 ihn im entgegengesetzten Sinne durchläuft usf. Ähnlich läuft die Leitung nach a2 in einem Sinne durch den Kern 72, während die Leitung nach α4 im entgegengesetzten Sinne verläuft usf.

Die Arbeitsweise des kopplungsvariablen Tranformators nach Fig. 8 ist in Fig. 9 dargestellt. Die horizontalen Linien 78, 79, 80 und 81 stellen die Spannungen dar, welche von dem Spartransformator 1 an vier aufeinanderfolgenden Kontakten des niedrigtourigen Schalters, beispielsweise an α\, a2, aZ, a-4, angelegt werden. Die vertikalen Linien stellen aufeinanderfolgende Verschiebungen um 90° der Sekundärwicklungen 73 und 74 von einer Bezugsstellung aus dar, in der die Wicklung 73 mit ihrer magnetischen Achse rechtwinklig zu den magnetischen Achsen der Wicklungen 76 und 77 steht. Die gestrichelte Kurve 82 stellt in bezug auf die Basislinie 78 die Spannung dar, die in die Leitung zu dem Kontakt al durch den Injektor 41 eingeführt wird; sie ist linear proportional der Spannung, die an der Sekundärwicklung 73 erhalten wird. Die Kurve 83 stellt in bezug auf die Basislinie 79 die Spannung dar, welche in die Leitung zu dem Kontakt α2 durch den Injektor 42 eingeführt wird, sie ist linear proportional der Spannung an der Sekundärwicklung 74. Ähnlich stellen die Kurven 84 und 85 in bezug auf die Basislinien 80 und 81 die Spannungen dar, welche in die Zuleitungen zu den Kontakten α 3 und α 4 eingeführt werden, wobei die Kurven 84 und 85 Negative der Kurven 82 und 83 sind, da die entsprechenden Injektor wicklungen umgekehrt sind. Während die niedrigtourige Bürste 40 den Kontakt a 1 überstreicht, ändert sich die von ihm abgenommene Spannung längs der Kurve 82, bis an dem Punkt 86 die Bürste 40 auf den Kontakt a2 übergeht. Die Ausgangsspannung ändert sich dann längs der Kurve 83 bis zum Punkt 87, wo die Bürste 40 auf den Kontakt a3 übergeht. Die Ausgangsspannung ändert sich dann gemäß der Kurve 84 bis zum Punkt 88, von wo an die Ausgangsspannung von dem Kontakt α 4 abgenommen wird usf.

Hieraus kann ersehen werden, daß die Ausgangsspannung einer jeden Sekundärwicklung auf dem kopplungsvariablen Transformator 75 nur in einer linearen Beziehung zu der Winkelverschiebung über einen Bereich von ± (45° +<5) in bezug auf jede Stel-

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lung, die einer Nullaus'gängsspannung entspricht, zu stehen braucht. Der Winkelzuwachs δ ist erforderlich, damit jede Unbestimmtheit bezüglich des Übergangszeitpunktes der Bürste 40 von einem niedrigtourigen Schalterkontakt zum nächsten überdeckt wird. Praktisch genügt ein linearer Bereich von etwa ± 60° den Bedingungen.

Der kopplüngsvariable Transformator kann von beliebiger Bauart sein.

In der _in Fig. 8 dargestellten Anordnung ist angenommen worden, daß die Ausgängsspannung der Sekundärwicklungen 73 und 74 von drei Schleifringen abgenommen wird. Anstatt die Richtung aufeinanderfolgender Sekundärwicklungen in den Injektoren jeweils umzukehren, können, wie in Fig. 10 dargestellt, die Ausgangsspannungen der Sekundärwicklungen 73 und 74 von zwei Kommutatoren abgenommen werden, von denen einer die Kontaktbögen 89 und 90 und die Bürsten 91 und 92 und der andere die Kontaktbögen 93 und 94 und die Bürsten 95 und 96 einschließt. Die Primärwicklung 43 des Injektors 41 wird zwischen die Bürsten 95 .und 96 geschaltet, während die Primärwicklung 45 des Injektors 42 zwischen die Bürsten 91 und 92 geschaltet wird. . .

Fig. 11 zeigt die Anwendung eines derartigen kopplungsvariablen Transformators auf eine Interpolationsvorrichtung, wie sie in Fig. 1 wiedergegeben ist. In diesem Falle sind nur die Sekundärwicklungen des kopplungsvariablen Transformators gezeigt. Die Primärwicklungen sollen durch dem Interpolationsfaktor.proportionale Spannungen gespeist werden. Die Kommutatoren schalten die Sekundärwicklungen 73 und 74 wechselweise in die Ausgangsleitungen der Bürsten 25 und 26. . . ■

Bei allen Ausführungsbeispielen ist die Bezugsspannung zwischen die Enden des Hauptspartransformators gelegt. Die Bezugsspannung kann jedoch auch an Abgriffe des Spartransformators angelegt werden, die nicht festzuliegen brauchen.

Weiterhin ist bisher angenommen worden, daß die an den Kontakten auftretenden Spannungen mindestens nominell gleich sind, wenn die Bürste, von der die Ausgangsspannung abgenommen wird, zwei Kontakte überbrückt. Praktisch können indessen die Bezugspünkte derartig gewählt sein, daß eine leichte Diskontinuität zwischen den in Frage kommenden Spannungen auftritt; das bedeutet, daß die Bürste einen Abschnitt des Spartransformators kurzschließt, sofern nicht Vorkehrungen dagegen getroffen worden sind. Derartige Vorkehrungen' können in der Einschaltung von Widerständen in die Leitungen zu den Kontakten bestehen oder "in der Einschaltung von Induktivitäten in die Leitungen, welche auf einen gemeinsamen. Kern gewickelt, sind,,' wobei die Induktivitäten in aufeinanderfolgenden Leitungen jeweils im . entgegengesetzten.-Sinn gewickelt sind. Die Impedanz derartiger. Induktivitäten kann dadurch erhöht werden, daß sie.eme'S'ekundärwicklung, an, deren-Enden ein Belastungswiderstand liegt, auf dem Kern haben.

...

Claims (16)

1. Patentansprüche:

   ,1. Vorrichtung zur selbsttätigen Interpolation von Steuerbefehlen, welche als Spannung dargestell^ sind, hti. der mittels eines angezapften Transformators und einer Wählvorrichtung eine Auswahl» unter den Spannungswerten vorgenommen, ' durch ^weitere Spannungsteiler die ausgelwähB^ Spannung unterteilt und die so. erhaltene Spannung^ der ursprünglich ausgewählten Spannung hinzugefügt wird, dadurcft gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Spannungsteiler von der angelegten Bezugsspannung gespeist werden, so daß der ers^e' Transformator nicht ungleichmäßig belastet wird....
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Spannungsteiler von Sekundärwicklungen (23,24) gespeist werden, die induktiv, aber nicht leitend mit dem angezapften Transformator gekoppelt sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die zusätzlichen Spannungsteiler mit Injektionstransformatoren (41, 42) verbunden sind, die die unterteilte Spannung vor der Wählvorrichtung zuführen.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wählvorrichtung eine Bürste (40) und eine Reihe von Kontakten (α) enthält und daß die zusätzlichen Spannungsteiler zwei Wählerarme (44, 46) enthalten, an denen während des Umschaltzeitraumes der Bürste (40) von einem Kontakt (a) zum nächsten Ergänzungsspannungen abgenommen werden, und daß der eine Injektionstransformatoc (41) so angeordnet ist, daß er die eine der Ergänzungsspannungen im positiven Sinne vor einem der beiden Kontakte zuführt, die gleichzeitig von der Bürste (40) während der Umschaltzeit berührt werden, während der andere Injektionstransformator (42) so angeordnet ist, daß er die andere Ergänzungsspannung im negativen Sinne vor dem zweiten Kontakt, der gleichzeitig von der Bürste.berührt wird, zuführt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionstransformatoren Sekundärwicklungen (d) haben, die abwechselnd in die Leitungen von den Abgriffen des angezapften Transformators (1) zu den Kontakten (α) eingeschaltet sind,
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (α) der Wählvorrichtung, abwechselnd mit Abgriffen auf, zwei Transformatoren (49, 50) verbunden sind und daß die Injektionstransformatoren Sekundärwicklungen (51, 53 und 52, 54) besitzen, die mit den beiden angezapften Transformatoren (49 bzw. 50) in Reihe geschaltet sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die. Wählvorrichtung abwechselnd in zwei Bahnen angeordnete. Kontakte (#) und für jede Bahn eine Bürste (25 oder 26) enthält, wobei die eine Bürste so angeordnet ist, daß sie den einen Kontakt, berührt, bevor die andere Bürste- den vorhergehenden Kontakt verläßt, daß die Spannung abwechselnd während aufeinanderfolgender Umläufe von den zusätzlichen Spannungsteilern durch die Bürsten (25, 26) abgenommen wird und daß das Intervall, währenddessen die .Bürsten gleichzeitig Kontakte auf den betreffenden, -Bahnen, berühren, ausreicht, Übergänge von "einem" Umlauf zum anderen in den zusätzlichen3pantiungsteiiern zu gestatten.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, 'daß die zusätzlichen Spannungsteiler zwei Transformatoren (6. und 7).umfassen, die von ähnlichen Spannungsquellen (23, 24) gespeist werden, und die Mittelabgriffe besitzen, die mit einer der Bürsten und der Wählvorrichtung einer dritten Bürste (8) verbunden sind, von der. die Ausgangsspannung abgenommen und, die. abwechselnd entlang den Transformatoren (6, 7) bewegt wird.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Spannungsteiler einen einzigen Transformator (29) umfassen, der von der Spannungsquelle (23) gespeist wird und einen Mittelabgriff (10) besitzt, von dem die Ausgangsspannung abgenommen wird, und der zwei weitere Bürsten (27, 28) besitzt, die abwechselnd entlang dem Transformator (29) bewegt werden und mit der jeweiligen Bürste (25, 26) der Wählvorrichtung verbunden sind.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteiler verstellbare Spartransformatoren (6, 7) sind.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusatzliehen Spannungsteiler kopplungsvariable Transformatoren mit Primär- und Sekundärwicklungen (73, 74, 76 und 77) sind, die gegeneinander drehbar sind und so eine im wesentlichen stufenlose Spannungsteilung durchführen.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Achsen der Sekundärwicklungen (74, 73) des kopplungsvariablen Transformators in rechten Winkeln zueinander stehen und daß die Sekundärwicklungen miteinander gegenüber den Primärwicklungen (76, 77) gedreht werden, wobei die Sekundärwicklungen durch ein Getriebe so mit der Wählvorrichtung verbunden sind, daß eine Drehung von 90° der Sekundärwicklungen gegenüber den Primärwicklungen einer Bewegung von einem Abgriff zu dem nächsten auf dem angezapften Transformator (1) entspricht.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen (73, 74) des kopplungsvariablen Transformators durch Injektionstransformatoren (41, 42) mit aufeinanderfolgenden Leitungen von den Abgriffen des Transformators (1) zu den Kontakten (a) der Wählvorrichtung gekoppelt sind.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der kopplungsvariable Transformator mit Schaltvorrichtungen (89, 96) versehen ist, so daß die zusätzlich unterteilte Spannung abwechselnd von den Sekundärwicklungen abgenommen werden kann.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Interpolieren von Werten einer Funktion von zwei Veränderlichen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Veränderliche einen gesonderten Spannungsteiler (65 oder 69) besitzt.
16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Transformatorsekundärwicklungen (b) jeweils in die Leitungen von den Abgriffen des Eingangstransformators (1) zu den Kontakten (α) der Wählvorrichtung eingeschaltet sind, wobei die Sekundärwicklungen eine gemeinsame Primärwicklung (30) besitzen, durch die Korrekturspannungen zu den von dem angezapften Transformator abgenommenen Spannungen hinzugefügt werden.

    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschriften Nr. 184 205, 519 562,
    347, 647 965, 887 368.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

    © 909 759021 3.