DE1538350C

DE1538350C - Highly sensitive position controller

Info

Publication number: DE1538350C
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Bezu, Maurice, Asnieres, Hauts de Seme (Frankreich)
Publication date: 1971-07-15

Description

1 ODO DOU 1 ODO DOU

Die Erfindung betrifft einen Lageregler mit zwei Fühlern zur Erfassung der Abweichung -eines in seiner Lage zu regelnden Teils von dem vorgegebenen. Sollwert und mit zwei den Fühlern zugeordneten, über einen gemeinsamen Antrieb mit dem in seiner Lage zu regelnden Teil gekoppelten elektrischen Stellmotoren mit großem Drehmomentgradienten. The invention relates to a position controller with two sensors for detecting the deviation - one in its position to be regulated part of the given. Setpoint and with two assigned to the sensors, via a common drive with the part to be controlled in its position electric servomotors with large torque gradients.

Eine spezielle Anwendung ist beispielsweise die Stabilisierung einer Kreiselebene, eines Richtspiegels oder irdendeiner anderen Einrichtung in bezug auf eine Achse trotz der Bewegungen des Trägers, bei dem es sich beispielsweise um ein Fahrzeug handeln kann, um diese Achse.A special application is, for example, the stabilization of a top plane, a directional mirror or some other device with respect to an axis in spite of the movements of the carrier which it can be a vehicle, for example, about this axis.

Für derartige Lageregler werden gewöhnlich Zweiphasenwechselstrommotore verwendet. Das von einem derartigen Motor erzeugte Drehmoment ist ,proportional zur Regelspannung und nimmt mit der Drehzahl etwa linear ab.Two-phase AC motors are usually used for such position controllers used. The torque generated by such a motor is proportional to the control voltage and increases with the Speed is approximately linear.

Bei Lagereglern, bei denen das in seiner Lage zu regelnde Teil mit der gleichen Geschwindigkeit verstellt werden soll wie das Führungsglied bzw. wenigstens die gleiche Beschleunigung wie das Führungsglied erhalten soll, muß das Drehmoment des Stellmotors einen hohen Gradienten aufweisen, um eine lineare Verstellung im Stellbereich eines derartigen Reglers zu erreichen.In the case of position controllers in which the part to be controlled in its position is adjusted at the same speed should be like the guide member or at least the same acceleration as the guide member should receive, the torque of the servomotor have a high gradient in order to achieve a linear adjustment in the adjustment range of such a To reach the controller.

Bei einem bekannten Lageregler der eingangs genannten Art (deutsche Patentschrift 275 533) wirken die Stellmotoren zunächst auf ein übliches Differentialgetriebe, ein, dessen Abtriebswelle zum zu regelnden Teil und weiter zu Schaltkontakten für die Stellmotoren führt. Der Nachteil derartiger Lageregler besteht neben dem relativ großen Raumbedarf vor allem darin, daß die Stellmotoren nicht von Anfang an ihr maximales Drehmoment abgeben können, so daß keine den heutigen Anforderungen entsprechend schnelle Lageregelung erzielbar ist.In a known position controller of the type mentioned at the beginning Art (German patent specification 275 533), the servomotors initially act on a common differential gear, the output shaft of which is to be regulated Part and further leads to switching contacts for the servomotors. The disadvantage of such position controllers In addition to the relatively large space requirement, the main thing is that the servomotors are not used from the start can deliver to their maximum torque, so that none of today's requirements fast position control can be achieved.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen Lageregler der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei geringstem Raumbedarf diese Bedingungen erfüllt und durch welchen mit großer Schnelligkeit und Genauigkeit die Stellung eines mit großem Trägheitsmoment behafteten Teils, das drehbar in einem winkelmäßig verstellbaren oder eine Eigendrehung aufweisenden Träger angeordnet ist, geregelt oder in einer vorgegebenen Richtung stabilisiert werden kann.The object of the invention is to provide a position controller of the type mentioned at the beginning create which one fulfills these conditions with the smallest space requirement and which one with a large one Speed and accuracy the position of a part with a large moment of inertia that can be rotated is arranged in an angularly adjustable or a self-rotating carrier, regulated or stabilized in a predetermined direction.

Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe ist der erfindungsgemäße Lageregler dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor des von dem ersten Fühler gesteuerten, mit seinem stärksten Drehmoment arbeitenden ersten Stellmotors das in seiner Lage zu regelnde Teil trägt, daß der Stator des ersten Stellmotors in einem unter Vorspannung stehenden Wälzlager axial zu seinem Rotor verdrehbar gelagert ist und einen Zahnkranz trägt, in den ein von dem zweiten Stellmotor angetriebenes Ritzel eingreift, und daß der zweite Stellmotor von dem zweiten Fühler in Abhängigkeit von der Lageabweichung des Stators des ersten Stellmotors steuerbar ist.To achieve the above object, the position controller according to the invention is characterized in that that the rotor of the controlled by the first sensor, working with its greatest torque first servomotor carries the part to be controlled in its position that the stator of the first servomotor mounted in a preloaded roller bearing axially rotatable relative to its rotor is and carries a ring gear in which a pinion driven by the second servomotor engages, and that the second servomotor from the second sensor as a function of the positional deviation the stator of the first servomotor can be controlled.

infolge dieses Aufbaus des Lagereglers unter Einschaltung eines zweiten Stellmotors arbeitet der erste, direkt mit dem zu regelnden Organ verbundene Motor stets im Anlaßbereich, d. h. ständig mit maximalem Drehmoment, was eine Verkürzung der Steilheit bedeutet. ·as a result of this structure of the position controller with the activation of a second servomotor, the the first motor, which is directly connected to the organ to be regulated, is always in the starting range, d. H. constantly at maximum Torque, which means a shortening of the steepness. ·

Durch die unter Vorspannung stehende Kugellagerung des ersten Stellmotors läßt sich das Spiel in der Einrichtung weitgehend ausschalten und die Empfindlichkeit verbessern, d. h. die Stellzeit weiterhin verkürzen.The ball bearing of the first servomotor, which is under tension, allows the game largely switch off in the facility and improve the sensitivity, d. H. the positioning time continues shorten.

Durch entsprechende Anordnung und Ausbildung der Fühler läßt sich die Lage eines beweglichen Teils gegenüber der seines Trägers regeln oder aber auch die Stellung eines Teils auf eine Bezugsgröße regeln, die von einem an diesem Teil sitzendenBy appropriate arrangement and design of the sensor, the position of a movable Partly regulate with respect to that of its wearer or also the position of a part on a reference variable rules by one seated at this part

ίο Fühler geliefert wird, wobei dann das Teil drehbar - innerhalb eines eine Eigendrehung vollführenden Trägers angeordnet ist. Hierzu wird auf die Unteransprüche verwiesen. ,ίο sensor is supplied, the part then being rotatable - Is arranged within a self-rotating carrier. For this, reference is made to the subclaims referenced. ,

Eine weitere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen. Es . zeigtA further explanation of the invention emerges from the following description of some Embodiments based on the drawings. It. indicates

F i g. 1 eine schematische Schnittansicht der zwischen einem Träger und einem zu regelnden Teil angeordneten zwei Stellmotoren,F i g. 1 is a schematic sectional view of the between a carrier and a part to be controlled arranged two servomotors,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der elektrischen und mechanischen Verbindungen eines Reglers mit zwei Stellmotoren gemäß der F i g. 1 undF i g. 2 a schematic representation of the electrical and mechanical connections of a controller with two servomotors according to FIG. 1 and

F i g. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Stabilisierung eines Teils in Abhängigkeit von einem auf dem Teil angeordneten Fühler erfolgt.F i g. 3 shows another embodiment in which the stabilization of a part is dependent on a sensor arranged on the part takes place.

Der in den Zeichnungen dargestellte Lageregler enthält einen ersten Stellmotor, dessen Stator 4 einen Zahnkranz 1 mit Außenverzahnung trägt, über welchen er von einem zweiten Stellmotor 2 über ein Ritzel 3 angetrieben wird. Der Stator 4 des ersten Stellmotors liegt einem mit dem in seiner Lage zu regelnden Teil 6 fest verbundenen Rotor 5 gegenüber.The position controller shown in the drawings contains a first servomotor, the stator 4 of which is a Wearing ring gear 1 with external toothing, over which it is transferred from a second servomotor 2 a pinion 3 is driven. The stator 4 of the first servomotor is one with the one in his Position to be controlled part 6 fixedly connected rotor 5 opposite.

Der Motor 2 sitzt in einem Traggestell 7, in welchem ein Kugellager 8 vorgesehen ist, dessen Innenring den Stator 4 trägt, während der Stator seinerseits in einem Kugellager 9 den Rotor 5 trägt.The motor 2 sits in a support frame 7 in which a ball bearing 8 is provided, the The inner ring carries the stator 4, while the stator in turn carries the rotor 5 in a ball bearing 9.

Auf der möglichen Schwenkachse X-X' des Rotors 5 ist an dem entgegengesetzten Ende des zu regelnden Teils 6 ein Drucklager vorgesehen. Der Innenring des Wälzlagers 9 ist axial auf einem hier- ~für mit Gewinde versehenen Endstück 9 α des Teils 6 durch eine Mutter und eine Gegenmutter 10 befestigt. Der den Zahnkranz 1 tragende Stator 4 weist einen Ansatz 10 α auf, welcher auf einer inneren Schulter den Innenring des Wälzlagers 8 aufnimmt, dessen Außenring nach innen gedrückt wird, und zwar durch einen eine Mutter bildenden Gewindering 11 und . eine Blockierungsgegenmutter Π α, welche in eine axiale Bohrung des Traggestells 7 eingesetzt sind, wodurch den beiden Wälzlagern 8 und 9 eine axiale Vorspannung erteilt wird.On the possible pivot axis XX 'of the rotor 5, a thrust bearing is provided at the opposite end of the part 6 to be regulated. The inner ring of the rolling bearing 9 is axially on a here- ~ for threaded end piece 9 α of the member 6 by a nut and a lock nut mounted 10th The stator 4 carrying the ring gear 1 has a shoulder 10 α which receives the inner ring of the roller bearing 8 on an inner shoulder, the outer ring of which is pressed inward, through a threaded ring 11 and forming a nut. a locking lock nut Π α, which are inserted into an axial bore of the support frame 7, whereby the two roller bearings 8 and 9 is given an axial preload.

Bei einer derartigen Vorrichtung kann eine Abweichung der Winkelstellung des Stators 4 des ersten Motors mit seinem Zahnkranz 1 von einer Sollage gegenüber dem Traggestell 7 durch einen Fühler 13 _v festgestellt werden, welcher die Stellgröße nach Verstärkung an den Motor 2 weiterleitet, der dann seinerseits den Zahnkranz 1 ausrichtet, d. h. nachführt. -In such a device, a deviation of the angular position of the stator 4 of the first motor with its ring gear 1 from a nominal position relative to the support frame 7 can be determined by a sensor 13 _v , which forwards the manipulated variable after amplification to the motor 2, which in turn then the ring gear 1 aligns, ie tracks. -

Ebenso kann jede Abweichung von der Sollage zwischen dem Teil 6 und dem Stator 4 mittels eines Fühlers 15 in ein Signal umgeformt werden, welches nach Verstärkung dem Stator 4 des das Teil 6 nachdrehenden ersten Motors eingespeist wird.Likewise, any deviation from the nominal position between the part 6 and the stator 4 by means of a Sensor 15 are converted into a signal, which after amplification of the stator 4 of the part 6 rotates first motor is fed.

Gemäß Fig. 2 ist ein Fühler 13 zwischen den mit dem Zahnkranz 1 fest verbundenen Teilen undAccording to Fig. 2, a sensor 13 is between the with the ring gear 1 firmly connected parts and

dem Traggestell 7 angeordnet und elektrisch mit einem eine der Statorwicklungen des Motors 2 speisenden Verstärker 14 verbunden.arranged on the support frame 7 and electrically connected to one of the stator windings of the motor 2 feeding amplifier 14 connected.

Ferner ist ein weiterer Fühler 15 zwischen den mit dem Zahnkranz 1 fest verbundenen Teilen und dem zu regelnden Teil 6 angeordnet und elektrisch mit einem Verstärker 16 verbunden, welcher eine der Wicklungen des Stators 4 speist.Furthermore, another sensor 15 is between the parts firmly connected to the ring gear 1 and the arranged to be controlled part 6 and electrically connected to an amplifier 16, which one of the Windings of the stator 4 feeds.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 stellt der Fühler 13 die Stellungsabweichung des Zahnkranzes 1 und der mit diesem fest verbundenen Teile in bezug auf den Halter 7 nach Größe und Vorzeichen fest. Das von dem Fühler 13 abgegebene Signal in Form einer elektrischen Spannung ist zu der Amplitude der Stellungsabweichung proportional, wobei seine Phase bzw. Polarität durch die Richtung dieser Stellungsabweichung bestimmt ist.In the embodiment of FIG. 2, the sensor 13 represents the positional deviation of the ring gear 1 and the parts firmly connected with this with respect to the holder 7 according to size and sign fixed. The signal emitted by the sensor 13 in the form of an electrical voltage is closed proportional to the amplitude of the positional deviation, its phase or polarity being determined by the Direction of this positional deviation is determined.

Dieses Signal wird nach Verstärkung in dem Verstärker 14 dem Motor 2 zugeführt, welcher über das Ritzel 3 den Zahnkranz 1 verdreht, bis das Signal zu Null gemacht ist.This signal is after amplification in the amplifier 14 fed to the motor 2, which rotates the ring gear 1 via the pinion 3 until the signal closes Zero is made.

Gleichzeitig wird die Stellungsabweichung des zu regelnden Teils 6 gegenüber dem Zahnkranz 1 und den mit diesem fest verbundenen Teilen durch den Fühler 15 festgestellt. Dieses Fehlersignal wird ebenfalls in Form einer elektrischen Spannung geliefert, die der Amplitude dieser Abweichung proportional ist und eine von der Richtung derselben abhängende Polarität oder Phase hat, und nach Verstärkung in dem Verstärker 16 den Klemmen des Stators 4 des Elektromotors zugeführt, der das zu regelnde Teil 6 verstellt, bis das Fehlersignal Null wird. Da die beiden Stellvorgänge gleichzeitig stattfinden, arbeitet der Elektromotor 4,5 stets in seinem Anlaßbereich und liefert sein größtes Moment.At the same time, the positional deviation of the part to be controlled 6 relative to the ring gear 1 and the parts firmly connected to this are determined by the sensor 15. This error signal is also supplied in the form of an electrical voltage proportional to the amplitude of this deviation and has a polarity or phase depending on its direction, and after amplification in the amplifier 16 is fed to the terminals of the stator 4 of the electric motor, which the part 6 to be controlled adjusted until the error signal is zero. Since the two setting processes take place at the same time, works the electric motor 4.5 always in its starting range and delivers its greatest moment.

Bei der Ausführungsform der F i g. 1 und 3 ist ein Kreisel oder Beschleunigungsmesser 12 auf dem zu regelnden Teil 6 angeordnet und stellt jede Stellungsabweichung des Teils 6 auf der Achse X-X' in bezug auf eine feste Richtung fest, welche z.B. die Lotrechte sein kann. Der Fühler 12 liefert ein Signal in Form einer elektrischen Spannung, welche zu der Amplitude dieser Stellungsabweichung proportional ist und deren Phase oder Polarität der Richtung dieser Stellungsabweichung entspricht.In the embodiment of FIG. 1 and 3, a gyro or accelerometer 12 is arranged on the part 6 to be controlled and detects any positional deviation of the part 6 on the axis XX ' with respect to a fixed direction, which can be, for example, the vertical. The sensor 12 supplies a signal in the form of an electrical voltage which is proportional to the amplitude of this positional deviation and whose phase or polarity corresponds to the direction of this positional deviation.

Dieses Signal wird nach Verstärkung in einem Verstärker 17 dem Stator 4 des ersten Motors eingespeist, welcher das zu stabilisierende Teil 6 verstellt, bis das Signal gleich Null wird.After amplification in an amplifier 17, this signal is fed to the stator 4 of the first motor, which adjusts the part 6 to be stabilized until the signal is equal to zero.

¹ Gleichzeitig wird die Stellungsabweichung des Zahnkranzes 1 und der mit diesem fest verbundenen Teile auf der Achse X-X' in bezug auf das zu stabilisierende Teil 6 von einem Fühler 18 festgestellt. Das aus dem Fühler 18 kommende Signal wird in einem Verstärker 19 verstärkt und den entsprechenden Klemmen des Elektromotors 2 zugeführt, welcher über das Ritzel 3 den Zahnkranz 1 bis zur Aufhebung der Regelabweichung verstellt. ¹ At the same time, the positional deviation of the ring gear 1 and the parts firmly connected to it on the axis XX ' in relation to the part 6 to be stabilized is determined by a sensor 18. The signal coming from the sensor 18 is amplified in an amplifier 19 and fed to the corresponding terminals of the electric motor 2, which adjusts the ring gear 1 via the pinion 3 until the control deviation is canceled.

Da diese beiden Vorgänge gleichzeitig vor sich gehen, arbeitet der Elektromotor 4, 5 stets in seinem Anlaßbereich mit seinem größten Drehmoment.Since these two processes take place at the same time, the electric motor 4, 5 always works in his Starting range with its greatest torque.

t-o Es ist klar, daß die Erfindung auf alle Systeme anwendbar ist, welche eine Präzisionssteuerung mit einem starken Drehmomentgradienten und einer großen Empfindlichkeit verlangen. Die Fühler können magnetisch oder photoelektrisch sein oder auch als Synchronfühler ausgebildet werden.It is to be understood that the invention is applicable to all systems that require precision control with a strong torque gradient and a large sensitivity. The sensors can be magnetic or photoelectric, or they can be designed as synchronous sensors.

Claims

Patent claims:

1. Position controller with two sensors for detecting the deviation of a ^J in its position to be controlled portion of the predetermined desired value, and two said sensors associated, via a common drive with the in its position to be controlled part coupled electrical actuators with a large torque gradient, characterized in that the rotor (5) of the first control motor (4, 5) controlled by the first sensor (12, 15) and operating with its strongest torque carries the part (6) to be regulated in its position, that the stator (4) of the first Servomotor (4, 5) is rotatably mounted axially to its rotor (5) in a preloaded roller bearing (8) and carries a ring gear (1) in which a pinion (3) driven by the second servomotor (2) engages and that the second servomotor (2) can be controlled by the second sensor (13, 18) as a function of the positional deviation of the stator (4) of the first servomotor (4, 5).

2. Position controller according to claim 1, characterized in that the first sensor (15) between the part (6) to be regulated in its position and the stator (4) of the first servomotor (4,5) and the second sensor (13) between the support frame (7) of the second servomotor (2) and the stator (4) of the first motor (4, 5) is arranged.

3. Position controller according to claim 1, characterized in that that the first sensor (12) is on the part (6) to be stabilized in its position arranged gyro or accelerometer and the second sensor (18) between the Stator (4) and the rotor (5) of the first motor is arranged.

1 sheet of drawings