DE1235642B - Anordnung zur Erzeugung einer der Bewegungsgeschwindigkeit eines Coderastermassstabes analogen elektrischen Groesse - Google Patents

Description

• Anordnung zur Erzeugung einer der Bewegungsgeschwindigkeit eines Coderastermaßstabes analogen elektrischen Größe Coderastermaßstäbe, die als Codescheiben oder als Codelineale ausgebildet sein können, werden insbesondere als Istwertgeber in Lageregelkreisen verwendet. Zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften derartiger Regelkreise ist die Bildung des Differentialquotienten der Regelgröße, hier also die Bewegungsgeschwindigkeit des Coderastermaßstabes, erforderlich.
• Je nach der vorliegenden Aufgabe können dazu Tachogeneratoren oder Wendekreisel herangezogen werden. Beide Lösungen bedingen jedoch eine zusätzliche Belastung des Meßorgans durch Vergrößerung von Reibung und/oder Trägheit sowie zusätzlichen Aufwand.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den elektrischen Analogwert für die Bewegungsgeschwindigkeit eines Coderastermaßstabes unmittelbar aus dem Rastermaßstab, also ohne zusätzliche Meßorgane, zu gewinnen. Die Lösung gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß Torschaltungen vorgesehen sind, deren dynamische Eingänge von den Signalen einer Spur und deren vorbereitende Eingänge von den Signalen einer zweiten Spur des Coderastermaßstabes beaufschlagt werden und die Impulse erzeugen, deren Folgefrequenz der Geschwindigkeit entspricht und die je nach Bewegungsrichtung an zwei verschiedenen Ausgängen der Torschaltung erscheinen, und die an sich bekannter Weise ausgewertet werden, indem sie mittels Impulsformerstufen in Einheitsimpulse umgeformt und in einer Ausgabeschaltung in bipolare Impulse umgesetzt werden, deren Mittelwert hinter einem Tiefpaß die gewünschte elektrische Größe bildet.
• Es ist an sich bei Drehzahlmessern bekannt, proportional der Drehzahl und abhängig von der Drehrichtung Impulse zu erzeugen und sie mittels Impulsformerstufen in Einheitsimpulse umzuformen, die je nach Drehrichtung in bipolare Impulse umgewandelt werden.
• Bei der Erfindung handelt es sich nicht einfach um die Anwendung dieser bekannten Prinzipien bei der Geschwindigkeitsmessung von Codescheiben usw., sondern bei dieser Anwendung muß zunächst einmal die drehzahlproportionale Impulsfolge - richtungsabhängig - von dem Codemaßstab abgeleitet werden. Bei der bekannten Anordnung dagegen werden die drehzahlproportionalen, richtungsabhängigen Impulsfolgen durch die Einfachheit des Meßobjektes sofort durch die Geber angeliefert.
• An Hand eines Ausführungsbeispiels mit einer Codescheibe als Rastermaßstab wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt Fig 1 ein Blockschema der erfindungsgemäßen Anordnung, F i g. 2 den Verlauf der verschiedenen Spannungen in Abhängigkeit vom Drehwinkel zum Blockschema nach Fig. 1.
• Die F i g. 1 zeigt die Codescheibe 1, deren Spuren durch geeignete Mittel 2 abgetastet werden. Dabei ist die Art der Abtastung (photoelektronisch, magnetisch, mechanisch usw.) gleichgültig. Die Abtastmittel 2 besitzen jeweils zwei zueinander antivalente Ausgänge. Der Signalverlauf an den Ausgängen der Abtastmittel für die beiden feinsten Spuren in Abhängigkeit vom Drehwinkel ist in Fig. 2 in den Zeilen 1 bis 4 dargestellt. Voraussetzung für die folgenden Betrachtungen ist lediglich, daß die beiden feinsten Spuren den gezeigten Verlauf haben, während die Spuren höherer Wertigkeit hier nicht interessieren, also auch binärdezimal codiert sein können.
• Natürlich ist es auch möglich, eine Codescheibe mit einem Raster im Gray-Code und einen nachgeschalteten Gray-Binär-Umsetzer zu verwenden. Schließlich sind auch andere Anwendungsfälle denkbar, in denen das digitale Signal von anderen Quellen als von einem Winkelcodierer stammt.
• Den beiden Zuständen L und 0 sind definierte Spannungen zugeordnet. Als Beispiel werde angenommen: Zustand 0 entspricht 0 V, Zustand L entspricht V.
• Zeile 1 entspricht der feinsten Spur, und zwar dem sogenannten valenten Ausgang. Zeile 2 entspricht dem antivalenten Ausgang, in dem die Zustände und 0 gegenüber Zeile 1 vertauscht sind. Zeile 3 stellt den Verlauf der zweitfeinsten Spur valent, Zeile 4 antivalent dar.
• Die Ausgangsspannungen der Abtastmittel 2 gemäß den Zeilen 1 bis 4 werden, wie in F i g. 1 näher dargestellt, an vier Torschaltungen, bestehend aus je einem Kondensator, einer Diode und einem Widerstand, angelegt.
• Hierdurch werden aus den L-0 Flanken der Signale der zweitfeinsten Spur (Zeilen 3, 4) Impulse abgeleitet, während die Signale der feinsten Spur, Zeilen 1, 2, für die Trennung dieser Impulse entsprechend der Drehrichtung sorgen. So zeigt die Zeile 6 der Fig. 2 den Spannungsverlauf vor der Diode 3, der sich aus der Kombination der Zeilen 2 und 4 ergibt, und Zeile 5 das Entsprechende der Zeilen 1 und 3.
• Hinter den dazugehörenden Dioden bleiben nur noch die ins Positive ragenden Impulse übrig. Faßt man die Ausgänge von je zwei Toren wie dargestellt zusammen, so erhält man Impulsfolgen nach Zeilen 7 und 8, wobei am Ausgang Zeile 7 Impulse z. B. nur bei Linksdrehung, am Ausgang Zeile 8 dagegen nur bei Rechtsdrehung auftreten. Diese Impulse werden monostabilen Kippschaltungen M (4, 5) zugeführt und von diesen in Impulse mit konstanter Dauer ti (Zeile 9,10) umgewandelt. Auf Anpassungsglieder 6,7 folgt eine Endstufe 8, die die getrennten Impulszweige wieder zusammenfaßt und am Ausgang bipolare Impulse liefert, deren Amplitude und Dauer konstant ist, und deren Vorzeichen der jeweiligen Drehrichtung entspricht (Zeile 11). Bei veränderlicher Drehgeschwindigkeit der Codierscheibe wird sich der Abstand der Impulse verändern. Der Mittelwert dieser Impulsfolge, über eine genügend große Zeit gebildet, ist nach Amplitude und Vorzeichen das gewünschte analoge Abbild für die Drehgeschwindigkeit der Co di erscheibe. Hierfür wird das Signal nach Zeile 11 durch einen passend dimensionierten Tiefpaß 9 geleitet, an dessen Ausgang der gesuchte Mittelwert erscheint (Zeile 12).
• Die Grenzen des Verfahrens liegen einmal bei sehr kleinen Drehgeschwindigkeiten. Hier wird der Abstand zweier Impulse in Zeile 11 sehr groß, so daß hinter dem Tiefpaß nur noch einzelne, verschliffene Impulse auftreten. Bei hohen Drehgeschwindigkeiten muß dagegen die Impulsdauer t1 der beiden monostabilen Kippschaltungen entsprechend klein bemessen werden, da zur richtigen Mittelwertbildung die Impulse in Zeile nicht lückenlos aneinanderschließen dürfen. Schließlich ist je nach Anwendung des Verfahrens die Zeitkonstantebzw. Grenzfrequenz des Tiefpasses passend zu wählen.
• Zu der angegebenen Schaltung nach Fig. 1 sind noch Verfeinerungen möglich. So wird die monostabile KippschaltungM vorteilhaft so ausgebildet, daß bei einer zu hohen Drehgeschwindigkeit, die keine Lücken zwischen den Impulsen (Zeile 9 und 10) mehr zulassen würde, der Ausgang ein Dauersignal liefert, was bei einer einfachen monostabilen Kippschaltung nicht gegeben ist. Damit ergibt sich eine echte Begrenzung der Ausgangsspannung, während sonst einzelne Impulse ausgelassen würden und der Zusammenhang zwischen Mittelwert und Winkelgeschwindigkeit mehrdeutig würde. Zum Schutz der Transistoren in der Endstufe können die Anpassungsglieder eine gegenseitige Verriegelung enthalten, die verhindert, daß beide Transistoren gleichzeitig leitend werden und zerstört werden können. Schließlich lassen sich noch andere Schaltungen für die Endstufe denken, insbesondere solche mit gegengekoppelten Gleichspannungsverstärkern, die gegenüber der Schaltung in F i g. 1 einen konstanten Quellwiderstand aufweisen, was für die Genauigkeit der Mittelwertbildung von Bedeutung ist.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Anordnung zur Erzeugung einer der Geschwindigkeit eines Coderastermaßstabes (Codescheibe bzw. Codelineal) analogen elektrischen Größe, dadurch gekennzeichnet, daß Torschaltungen vorgesehen sind, deren dynamische Eingänge von den Signalen einer Spur und deren vorbereitende Eingänge von den Signalen einer zweiten Spur des Coderastermaßstabes beaufschlagt werden und die Impulse erzeugen, deren Folgefrequenz der Geschwindigkeit entspricht und die je nach Bewegungsrichtung an zwei verschiedenen Ausgängen der Torschaltung erscheinen, und die in an sich bekannter Weise ausgewertet werden, indem sie mittels Impulsformerstufen in Einheitsimpulse umgeformt und in einer Ausgabeschaltung in bipolare Impulse umgesetzt werden, deren Mittelwert hinter einem Tiefpaß die gewünschte elektrische Größe bildet.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse aus den beiden feinsten Spuren des Coderastermaßstabes abgeleitet werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 796 598; Zeitschrift »Industrie-EIektronik«, H. 3/1962, S. 5 bis 7; »VDI-Berichte«, Nr. 78, 1964, S. 91 bis 97.