DE1638100B2 - Verfahren zur fortlaufenden erfassung der sollwert-abweichung einer in form zeitlich aufeinanderfolgender impulse auftretenden groesse sowie zur durchfuehrung eines solchen verfahrens geeignete schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur fortlaufenden Erfassung der Sollwert-Abweichung einer in Form zeitlich aufeinanderiolgender Impulse auftretenden Größe mittels einer zur Sollwert-Einstellung voreingestellten Zähleinheit, der der Istwert während eines ersten Zeitabschnittes als Impulsfolge zugeführt wird, derart, daß die Belegung der Zähleinheit die Sollwert-Istwert-Differenz darstellt, die während eines zweiten Zeitabschnittes in eine Speicherstufe übergeben und daß diese Belegung zur Korrektur der Sollwert-Istwert-Differenz eingesetzt wird. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Schaltungsanordnung.

Bei bekannten Verfahren zur Erfassung der Sollwert-Abweichung impulsförmiger Größen wird beispielsweise mit Hilfe eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers, dessen einer Eingang von einer der Sollwert-Größe entsprechenden Impulsfolge und dessen anderer Eingang von einer der Istwert-Größe entsprechenden Impulsfolge gespeist wird, die jeweilige Differenz zwischen Ist- und Sollwert gebildet (»Die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen« von W. Simon, 1963, S. 17 bis 22 und 81 bis 87). Bei einem solchen Verfahren kann es jedoch einmal zu Koinzidenzen, d. h. zu einem zeitlichen Aufeinanderfallen einzelner Impulse der Istwert- und der Sollwert-Größe kommen, wodurch die Meßgenauigkeit eines derartigen Zählers beeinträchtigt wird, zum anderen können Schwierigkeiten bei der Berücksichtigung der Polarität der Sollwert-Abweichung auftreten. Zudem besitzen derartige Zähleinrichtungen zwei Ausgänge für die Ausgangssignale unterschiedlicher Ruhtungscharakteristik, so daß sicii ein großer Schaltungsaufwand ergibt.

Bei anderen bekannten Verfahren ist auch schon der Sollwert entweder als Impulsfolge oder als fest voreingestellte Zahl in einen Digitalrechner eingegeben worden, dessen Eingang von einem Istwert-Zähler gespeist wird. Dieses Verfahren hat gegenübi;' dem vorgenannten zwar den Vorzug, daß hierbei der Sollwert in Form einer statischen Zahl vorgegeben werden kann, so daß das Auftreten von Koinzidenzen vermieden wird, da nur noch eine impulsförmige Größe vorhanden ist, jedoch ergeben sich durch die Verwendung eines Digitalrechners vergleichsweise hohe Kosten, die die Anwendung eines solchen Verfahrens in vielen Fällen aus wirtschaftlichen Gründen ausscheiden lassen müssen.

Weiterhin ist es bekannt (ETZ-A, Bd. 78 [1957], S. 772 bis 775), bei einem Istwert-Sollwert-Vergleich mit einem auf den Sollwert voreingestellten Zähler zu arbeiten, dessen Plätze während des durch die Einzähl-Zeitdauer vorgegebenen Zählbereichs durch die eingezählten Istwert-Impulse belegt werden können, und daß die im Zähler gebildete Istwert-Sollwert-Differenz in ein besonderes Register eingezählt wird. Damit ist zwar die grundsätzliche Möglichkeit aufgezeigt, zur Erfassung der Sollwert-Abweichung

5« einen auf den Sollwert voreingestellten Zähler zu verwenden und die gemessene Sollwert-Istwert-Differenz anschließend zu speichern und zum Regeln dei Sollwert-Istwert-Differenz zu verwenden, jedoch ergeben sich keinerlei Hinweise für eine zweckmäßige Codierung der Meßwerte sowie eine zweckmäßige Art, die Differenz zwischen den beiden Meßwerler mil möglichst geringem Schaltungsaufwand zu bilden und die nach Polarität und Betrag richtige Weitergabe des Differenzwertes der Zähleinrichtung zi gewährleisten. Aber gerade im Zusammenhang mii den vorgenannten Gesichtspunkten ergeben sich erhebliche Probleme, zu deren Lösung dieser Litera turstellc keine Anregung entnommen werden kann Ebenso ist dem Buch »Digitale Regelungen« vor Hans Fuchs (1964, VEB-Verlag Technik Berlin S. 34 und 35) als bekannt zu entnehmen, die Diffe renzbildung zwischen einem Sollwert und einem 1st wert mit Hilfe eines voreingestellten Zählers durch

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iuführen. Genaue Angaben über die Eingabe, die anschließbar ist und daß Ausgänge der Zähleinheit Codierung, die Differenzbildung sowie die Weiter- jeweils an die ß-Eingänge von Nicht-Und-Gattern verarbeitung des Differenzbetrages nach Betrag und gelegt sind, deren Ausgänge mit Signaleingängen der Polarität sind nicht gegeben, so daß es jeweils offen- bistabilen Kippstufen der nach dem Aiken- bzw. bleibt, wie diese Verfahrensschritte optimal durch- 5 3-Excess-Code arbeitenden Speicherstufe verbunden geführt und in einer Schaltung verwirklicht werden sind und deren /4-Eingänge an eine Impulsleitung können. gelegt sind, die während eines Teils des zweiten Zeit-Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein abschnittes ein zur Öffnung der Nicht-Und-Gatter Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es geeignetes Potential führt, daß ferner die Kippstufen ermöglichen, mit großer Genauigkeit, Zuverlässigkeit _i0 der Speicherstufe mit Auslöse-Eingängen an eine und Geschwindigkeit und mit möglichst geringem Auslöseimpulse führende Impulsleitung angeschlos-Schaltungsaufwand eine fortlaufende Überwachung sen sind, und daß der Nullausgang der Zähleinheit an der Sollwert-Abweichung impulsförmiger Größen einen den Nulldurchgang der Zähleinheit registrievorzunehmen, diese Sollwert-Abweichung zu erfas- icnden Null-Diskriminator angeschlossen ist, der mit sen, und daraus ein der Sollwert-Abweichung nach 15 einem Eingang eines zweiten Und-Gatters verbunden Betrag und Polarität entsprechendes Signal zu erhal- ist, dessen anderer Eingang an eine Invertierungsten, das sich zur fortlaufenden Regelung des Istwer- stufe und dessen Ausgang an die Speicherstufe und tes auf den vorgegebenen Sollwert eignet. an eine Umpoleinrichtung am Ausgang eines Digital-

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der ein- Analog-Umsetzers angeschlossen sind,
gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch ge- 20 Weitere Einzelheiten der Erfindung, die Gegenlöst, daß vor dem ersten Zeitabschnitt der Sollwert stände der Unteransprüche sind, werden nachstehend aiken-codiert bzw. 3-Excess-codiert als Komplement an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung eingespeichert, der während des ersten Zeitabschnit- mit der Zeichnung erläutert. Darin zeigt
tes zugeführte Istwert beim Einzählen aiken- bzw. F i g. 1 schematisch ein Blockschaltbild der erfin-3-Excess-codiert und die Sollwert-Istwert-Differenz 25 dungsgemäß zusammenwirkenden Funktionsstufen, parallel eingespeichert werden, und daß in Abhängig- F i g. 2 eine Tabelle mit dem Aiken-Code,
keit von einem beim Zählen der Istwert-Impulsfolge F i g. 3 a schematisch das Verhalten der Zähleinnicht erfolgten Nulldurchgang der Zähleinheit, der heit bei Voreinstellung auf das Komplement eines von der Speicherstufe aus der Zähleinheit übernom- bestimmten Sollwertes und bei Zählung des Istwertes mene Zahlwert invertiert und gleichzeitig dem dann 30 ohne Nulldurchgang der Zähleinheit,
abgegebenen invertierten Zahlwert eine Polarität er- Fig. 3b in ähnlicher Weise wie Fig. 3a das Verteilt wird, die der Polarität bei erfolgtem Nulldurch- halten der Zähleinheit, jedoch für einen Fall, in dem gang entgegengesetzt ist. die erfaßte Istwert-Größe die Nullstellung des Zäh-

Die erfindungsgemäße Verwendung des Aiken- lers durchläuft,

Codes bzw. 3-Excess-Codes ermöglicht auf Grund 35 Fig. 4 weiter ins einzelne gehend in Form eines

des spiegelsymmetrischen Aufbaus beider Codes ein Blockschaltbildes, das grundsätzlich demjenigen nach

sehr einfaches Subtrahieren und eine sehr einfache F i g. 1 entspricht, den Aufbau einer Schaltungsan-

Komplementbildung und Decodierung. Zudem wird Ordnung nach der Erfindung,

mit Hilfe des Aiken- bzw. 3-Excess-Codes die An- F i g. 5 in Form eines Blockschaltbildes den erzähl der erforderlichen Zählstufen verringert. Die 40 findungsgemäß vorgesehenen Aufbau eines einen Im-Anwendung des Aiken- bzw. 3-Excess-Codes sowohl pulsgeber und eine von diesem gespeiste Logikeinin der Zähleinheit als auch in der Speicherstufe er- heit aufweisenden Taktgebers für die zeitgerechte laubt es, die gespeicherte Sollwert-Istwert-Differenz Steuerung der Schaltung nach F i g. 4,
auf einfache Weise bei nicht erfolgtem Nulldurch- Fig. 6a ein Diagramm der wichtigsten, bei Begang des Zählers im Speicher zu invertieren, so daß 45 t™⁶" ^der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung am Ausgang des Speichers stets die tatsächliche Soll- auftretenden Impulsfolgen für den der F i g. 3 a entwert-Abweichung ansteht, die anschließend lediglich sprechenden Fall, daß es zu keinem Nulldurchgans nur noch durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt des Zählers kommt,

die richtige Polarität erhält. Mit Hilfe der Erfindung Fig. 6b ein Fig. 6a entsprechendes Impulsdiaist es daher möglich, einen gemeinsamen Ausgang für 50 gramm für den Fall der F i g. 3 b, daß die Nullstelbeide möglichen Polaritäten der Sollwert-Istwert- lung der Zähleinheit durchlaufen wird, und Differenz zu verwenden. F i g. 7 eine das Schaltverhalten einer bistabiler Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Kippstufe, wie sie im Zusammenhang mit der vor Verfahrens besonders geeignete Schaltungsanord- liegenden Erfindung verwendet wird, charakterisie nung, bestehend aus einer aus bistabilen Kippstufen 55 rende Tabelle.

aufgebauten, auf den Sollwert voreingestellten Zähl- Der grundsätzliche Aufbau der Schaltungsanord

einheit mit einem Zähleingang und einer an dieser nung zur Durchführung des Verfahrens nach der Er

angeschlossenen, aus bistabilen Kippstufen bestehen- findung sei zunächst an Hand von F i g. 1 erläuteri

den Speicherstufe, ist erfindungsgemäß dadurch ge- Man erkennt dort eine Zähleinheit 10, an die übe

kennzeichnet, daß die nach dem Aiken- bzw. 3-Ex- 60 Leitungen 12a, 126, 12c... ein Zahlwertschalte

cess-Code arbeitende Zähleinheit mit einem ebenfalls 12 angeschlossen ist, mit dessen Hilfe die Zählein

nach dem Aiken- bzw. 3-Excess-Code arbeitenden heit 10 auf das Komplement einer dem gewünschte

Zahlwertschalter zum Voreinstellen der Zähleinheit Sollwert entsprechenden Zahl voreingestellt werde

auf das Komplement des gewünschten aiken- bzw. kann. Über eine Istwert-Leitung 14 kann eine der je

3-Excess-codierten Sollwerts verbunden ist und der 65 weils zu berücksichtigenden Istwert-Größe entspn

Zähleingang der Zähleinheit über ein während des chende Impulsfolge in den Eingang der Zähleinhe

zweiten Zeitabschnitts sperrbares erstes Und-Gatter 10 eingeleitet werden. Dabei kann der Eingang d<

an eine Impulsleitung für die Istwert-Impulsfolge Zähleinheit immer für eine gleich große Zeit geöf

net und anschließend wieder kurzzeitig gesperrt werden, so daß während dieser Öffnungszeit je nach der Größe des eigentlichen Istwertes eine größere oder kleinere Impulszahl auf die Zähleinheit einwirkt. Nach Sperrung des Eingangs der Zähleinheit steht an deren Ausgang ein Zahlwert an, der der Differenz zwischen dem voreingestellten Sollwert und dem erfaßten Istwert entspricht. Der dieser Differenz entsprechende Zahlwert kann mittels Leitungen 10 a, 10b, 10c... an eine Speicherstufe 16 übergeben werden, deren Ausgang über eine Verbindung 28 einen Digital-Analog-Umsetzer 18 herkömmlicher Bauart speist, an dessen Ausgang dann ein der Sollwertabweichung entsprechendes Signal in analoger Form vorliegt.

An den Nullausgang der Zähleinheit 10 ist außerdem ein Nulldiskriminator 22 angeschlossen, mit dessen Hilfe festgestellt werden kann, ob die Zähleinheit 10 durch Null gelaufen ist oder nicht. Ist ein Nulldurchgang erfolgt, so bleibt ein Und-Gatter 21 b gesperrt, und damit bleibt auch die Ausgangsleitung 22 α und 22 b des Und-Gatters 21 unbeeinflußt von Signalen, die eine Invertierungsstufe 21a regelmäßig abgibt. Kommt es dagegen zu keinem Nulldurchgang, so wird das Und-Gatter 21 b durch den Diskriminator 22 fUr die Öffnung vorbereitet, so daß in diesem Fall die Ausgangssignale der Stufe 21a die Leitung 22 a. 22 b erreichen können. Über die Leitung 22 a wird dadurch die Speicherstufe 16 invertiert, wie das weiter unten ausführlicher erläutert wird. Über die Leitung 22 b wird eine Umpoleinrichtung 20 betätigt, so daß die Ausgangslcitunsen des Umsetzers 18 an Signalleitungen 32a. 32 b mit einer Polung angeschlossen werden, die der Polung bei erfolgtem Nulldurchgang entgegengesetzt ist.

Erfindungsgemäß arbeiten die Zähleinheit 10, der Zahlwertschalter 12 sowie die Speicherstufe 16 nach dem Aiken-Code bzw. dem 3-Excess-Code. Der Vollständigkeit halber sind — obwohl der Aiken-Code bzw. der 3-Excess-Code an sich allgemein bekannt ist — die Beziehungen zwischen dem dezimalen Zahlensystem und dem Aiken-Code mit der Tabelle der F i g. 2 angegeben.

Die sich bei Anwendung des Aiken-Codes erfindungsgemäß für die Zähleinheit ergebenden Verhältnisse sind beispielsweise mit den F i g. 3 a. 3 b veranschaulicht, wobei von einer Zähleinheit mit vier Dekaden ausgegangen wird, die dementsprechend von 0000 bis 9999 zählen kann.

1. Fall: Kein Nulldurchgang (F i g. 3 a)

Die Sollgröße betrage 8381. so daß die Zähleinheit 10 mit Hilfe des Zahlwertschalters 12 auf das Komplement 1618 eingestellt wird. Hat der erfaßte Istwert eine Größe von 4186. so zählt der Zähler von 1618 aus bis auf den Wert 5804. Die eigentliche Differenz zwischen Sollwert und Istwert ergibt sich aus der Differenz zwischen 8381 und 4186 mit 4195. Die Zähleinheit liefert das Komplement dieser Regelabweichung, nämlich die Zahl 5804. Diese Zahl wird dann an die Speicherstufe 16 übergeben.

Im vorliegenden Fall ist kein Nulldurchgang erfolgt, so daß sich das Und-Gatter 21 b im vorbereiteten Zustand befindet und damit ein von der Invertierungsstufe 21 λ abgegebener Umkehrimpuls entsprechende Auslöseeingänge der Speicherstufe erreichen und damit den von der Speicherstufe festgehaltenen Zahlwert invertieren kann, so daß am Ausgang der Speicherstufe der richtige, der tatsächlichen Sollwert-Abweichung entsprechende Zahlwert ansteht. Gleichzeitig wird die Umpoleinrichtung 20 über die Leitung 22b aus einer ersten in eine zweite Polaritätslage gebracht.

2. Fall: Nulldurchgang (F i g. 3 b)

ίο Die Sollgröße soll 4186 sein, so daß die Zähleinheit mittels des Zahlwertschalters 12 auf den Komplementwert 5813 eingestellt wird, der Istwert habe die Größe 8381, so daß zunächst der Nullzustand des Zählers durchlaufen, dann die Zählung nach Erreichen der Zählerstellung 4195 beendet wird. Die Differenz zwischen Sollwert und Istwert ergibt sich wiederum mit 4186 abzüglich 8381 zu 4195, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen.

In diesem Fall liegt jedoch der von der Zähleinheit ermittelte Zahlwert unmittelbar als Regelabweichung und nicht als deren Komplement vor. Dieser von der Zähleinheit 10 ermittelte Wert wird wiederum an die Speicherstufe 16 übergeben, braucht jedoch nicht invertiert zu werden. Da der Nulldiskriminator 22 den Nulldurchgang der Zähleinheit 10 registriert hat, bleibt das Und-Gatter 21 b erfindungsgemäß gesperrt, so daß ein von der Invertierungsstufe 21a an sich in gleicher Weise wie in dem unter 1. erläuterten Beispiel abgegebener Invertierungsimpuls unterdrückt wird. Ebenso erfolgt keine Beeinflussung der Umpoleinrichtung über die Leitung 22 b, so daß die Umpoleinrichtung in ihrer ersten Lage verbleibt, in der den Signalleitungen 32 a. 32 b eine der zweiten Polaritätslage entgegengesetzte Polarität erteilt wird, um dem entgegengesetzten Vorzeichen der für den zweiten Fall ermittelten Sollwert-Abweichung Rechnung zu tragen.

An Hand von Fig. 4 soll nachstehend weiter ins einzelne gehend eine vorteilhafte Möglichkeit erläutert werden, das vorstehend in Verbindung mit dem Prinzipschaltbild der F i g. 1 beschriebene Verfahren mit Hilfe eines Ausführungsbeispieles einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung zu verwirklichen.

Die Zähleinheit 10 ist aus den einzelnen Zähldekaden 10', 10" usw. zusammengesetzt, die ihrerseits in an sich bekannter Weise jeweils aus bistabilen Kippstufen zusammengestellt sind, die erfindungsgemäß nach dem Aiken-Code bzw. 3-Excess-Code arbeiten. Über die Leitungen 12a'. 12 b', 12 c'... bzw 12a", 12b", 12c"... usw. sind die Zahlwertschal· terelemente 12', 12"... an die einzelnen Kippstufet die Zähldekaden 10'. 10"... angeschlossen, so dat diese in der angegebenen Weise auf das Komplemen des jeweils gewünschten Sollwertes voreingestell werden können. Ein Eingang 13 der Zähldekade 10 steht mit der Istwert-Leitung 14 über ein Und-Gatte 24 in Verbindung, das über eine Leitung 74 währen« eines bestimmten Zeitabschnittes /, geöffnet und an schließend während eines zweiten Zeitabschnittes 1 kurzzeitig gesperrt werden kann.

Sowohl die Ausgänge Q als auch die dam kom plementären Ausgänge Q der Zähldekaden 10 10"... sind jeweils mit den ß-Eingängcn von Nichi Und-Gattern 26 verbunden, deren Ausgänge an de Signaleingängen J, K von bistabilen Kippstufen 16 a 16b', 16c'..., 16a", 16b", 16c"... liegen, d ebenfalls nach dem Aiken-Code bzw. 3-Excess-Coc

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arbeiten. Die Eingänge A der Gatter 26 sind samt- Damit erhält man für die Oszillatorfrequenz
lieh an eine Impulsleitung 76 angeschlossen, durch
die die Gatter 26 für die Öffnung vorbereitet bzw. gesperrt werden können. 1 =(T/T—5)-l/t

Außer den Signaleingängen /, K weisen die Kipp- 5 ~f_e " ^{c y}
stufen 16', 16"... zusätzliche Auslöseeingänge 17
auf, die an eine Auslöseimpulsleitung 36 angeschlossen sind. Die Q-Ausgänge der Kippstufen 16 sind Damit die Taktimpulse 1 bis 6 jeweils nur einmal über Leitungen 28 an einen in geeigneter Weise ge- während eines Durchlaufs des Frequenzteilers 46 wichteten Digital-Analog-Umsetzer 18 angeschlos- io bzw. während eines Meßzyklus wirksam werden, sind sen, der ausgangsseitig über Ausgangsleitungen 30 α, die Leitungen 46/ bis 46₆' jeweils an die A -Eingänge 30 b das von der erfindungsgemäßen Schaltungsan- von Und-Gattern 5O₁, 5O₂, ... 5O₆ angeschlossen, deordnung ermittelte, der Sollwert-Abweichung ent- ren B-Eingänge sämtlich mit der Ausgangsleitung sprechende Signal in analoger Form zur Verfügung 49a eines Und-Gatters 49 in Verbindung stehen. Das stellt. Die zu der Regeleinrichtung führenden Signal- 15 Gatter 49 hat Eingänge B, C, D, die beispielsweise leitungen 32 a, 32 b können über die allgemein mit an die jeweils vorletzten Stellen der auf die Dekade 20 bezeichnete Umpoleinrichtung mit der einen oder 46' folgenden Dekaden 46", 46'", 46^IV gelegt sind, anderen Polung mit den Ausgangsleitungen 30 a, 30 b so daß die Gatter 5O₁, 5O₂, ... nur dann öffnen köngekoppelt werden. Die Umschaltung der Umpolein- nen, wenn an allen vorletzten Stellen der Dekaden richtung 20 kann dabei über ein Relais 34 erfolgen, 20 46", 46'", 46^IV ein Ausgangssignal ansteht,
das an eine der Leitung 22 b der F i g. 1 entspre- Um außerdem sicherzustellen, daß die Taktimchende Steuerleitung 80 angeschlossen ist, deren pulse 1 bis 6 der Leitungen 4G₁', 46.,', ... nur dann Funktion nachstehend noch beschrieben wird. auf die Logikeinheit 42 einwirken, wenn sie sich be-

Bevor auf die Wirkungsweise der Schaltungsan- reits auf ihrem Maximalwert befinden, nicht aber Ordnung der F i g. 4 eingegangen wird, soll zunächst 25 während ihres Anstieges bzw. während ihres Abfalls, noch an Hand von F i g. 5 der Aufbau eines Takt- wodurch sich Unsicherheiten ergeben könnten, wird gebers beschrieben werden, wie er zur Steuerung der von dem Ausgang des Oszillators 44 zusätzlich ein einzelnen Funktionsstufen der Anordnung der F i g. 4 Monovibrator 48 gespeist, der mit einer Ausgangsdient. Die wesentlichsten der von dem Impulsgeber leitung 48a an den Eingang A des Und-Gatters 49 unmittelbar bzw. mittelbar erzeugten Impulse kön- 30 gelegt ist. Wie aus Fig. 6a, 6b ersichtlich (vgl. nen dem Diagramm gemäß den Fig. 6a bzw. 6b Zeile 48a), werden die Monovibratorimpulse durch entnommen werden. die Vorderflanken der Oszillatorimpulse angestoßen

Der Taktgeber besteht grundsätzlich aus einem und dauern etwas kürzer als ein Oszillatorimpuls. Impulsgeber 40 sowie einer davon gesteuerten Logik- Die Leitung 49 a führt aber nur dann ein zur Öffeinheit 42, wie das mit gestrichelten Linien angedeu- 35 nung der Gatter 5O₁, 5O₂, ... geeignetes Potential, tet ist. Der Impulsgeber 40 weist einen frequenzsta- wenn einmal die vorletzten Stellen der Stufen 46". bilen, vorzugsweise quarzgesteuerten Oszillator 44 46'", 46^IV ein Ausgangssignal haben, außerdem der auf, der mit den Rückflanken seiner von ihm abge- Monovibrator 48 einen Impuls abgibt. Infolgedessen gebenen Impulse über eine Ausgangsleitung 45 einen treten an den Ausgängen der Und-Gatter 5O₁, 50.,, Zähler steuert, der als Frequenzteiler 46 mit deka- 40 5O₃ ... jeweils nur die kürzeren, zur Steuerung der dischen Stufen 46', 46"... arbeitet. Der Frequenz- Logikeinheit 42 geeigneten Taktimpulse auf, wie sie teiler 46 umfaßt im vorliegenden Ausführungsbci- in Fig. 6 a bzw. 6 b in den Zeilen 51. 52... 56 darspiel drei volle Dekaden sowie eine halbe Dekade, gestellt sind.

wobei durch diese Aufteilung ein günstiger, einem Die von den Taktimpulsen 51, 52, 53, 54, 55, 56 Durchlauf des Frequenzteilers 46 entsprechender 45 gesteuerte Logikeinheit 42 weist eine erste Kippstufe Mcßzyklus erhalten werden kann. Grundsätzlich 58, eine zweite Kippstufe 60, einen Negator 62, eine kann dieser Teiler auch als Dual-Teiler ausgeführt dritte Kippstufe 64, eine vierte Kippstufe 66, ein sein. Die ersten Stellen 1 bis 6 der Einer-Dekade 46' Oder-Gatter 68 sowie das Und-Gatter 21 b auf.
erzeugen über die Leitungen 46,' bis 46₆' in den Lei- Eine Ausgangsleitung 74 der ersten Kippstufe 58 tungen 51, 52, 53, 54, 55, 56 jeweils einen ersten. 50 steht mit dem B-Eingang des Und-Gatters 24 zweiten — bis sechsten Taktimpuls. Die von dem (Fig.4) in Verbindung, während eine Ausgangslei-Oszillator 44 abgegebenen Impulse sind in den tung 76 der Kippstufe 60 mit den Λ-Eingängen dei Fig. 6a. 6b in der obersten, mit 45 bezeichneten Und-Gatter 26 der Fig. 4 verbunden ist. Eine AusZeile wiedergegeben, während sich die von den Stel- gangsleitung 78 des Negators 62 ist an Eingänge dei len 1 bis 6 unmittelbar abgegebenen Impulse in den 55 Zahlwertschalter 12', 12", ... gelegt, während dei mit 46/. 46_ä'... 46₆' bezeichneten Zeilen finden. Ausgang der dritten Kippstufe 64 dem Relais 34

Die OsziHatorfrequenz ergibt sich dabei aus der über die Steuerleitung 80 zugeordnet ist. Über ein«

gewünschten Dauer einer gesamten Meßperiode T_a Ausgangsleitung 36 ist der Ausgang des Oder-Gat-

sowie dem Verhältnis der Zeit r₂, während der das ters 68 unmittelbar an die Auslöseeingänge der Kipp

Zählergebnis ausgewertet wird, zu der Zeit Z₁, wäh- 60 stufen 16', 16" angeschlossen (F i g. 4). Der Auslöse·

rend der gezählt wird, wie folgt: eingang der Kippstufe 66 liegt an der Leitung 10 m^lv

Da während der Auswertungszeit i₂ sechsmal die d. h. am Ausgang Q der mit dem Gewicht ;;_s ver

Flanke eines Taktimpulses erzeugt werden soll, gilt sehenen letzten Kippstufe der nichi gezeichnetei

höchsten Zähldekade 10^IV der Zähleinheit 10.

/_n = 5 γ ⁶5 Wird nun nach einem vollen Durchlauf des Fre

" ^e quenzteilers 46 der in F i g. 6 a (kein Nulldurchgang

Andererseits gilt gezeigte Übergang von Z₁' zu /₂' erreicht, so sorgt de

T₀ = Z₁ +1„. erste Taktimpuls 51 über den Rückstelleingang de

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ersten Kippstufe 58 zunächst dafür, daß die an den Für den Fall der F i g. 6 a, bei dem ein Nulldurch-Ausgang der Kippstufe 58 angeschlossene Impuls- gang nicht erfolgt ist, liefert der Ausgang ζ7 der leitung 74 den der Zeile 74 der Fig. 6 entsprechen- Kippstufe 66 über Leitung 66a ein solches Potential, den Zustand annimmt, so daß das Und-Gatter 24 duß das Und-Gattcr 21 b vorbereitet bleibt und somit der F i g. 4 gesperrt und damit die Einspeisung von io die Vorderflanke des vierten Taktinipulses über das dem Istwert entsprechenden Impulsen in den Ein- Gatter 21 b sowohl über das Oder-Gatter 68 auf die gang 13 der Zähleinheit 12 unterbrochen wird, wie Leitung 36 als auch zu dem Eingang der dritten das in F i g. 6 a mit Zeile 13 veranschaulicht ist. Der Kippstufe 64 gelangen kann. Der vierte Taktimpuls zu diesem Zeitpunkt bestehende Zustand der Zähl- kann daher über die Leitung 36 die Zustände der einheit 10 bleibt dann unverändert erhalten. Über 5 Ausgänge Q von 16 invertieren (vgl. Tabelle der die Leitung 51 wird gleichzeitig der Rückstelleingang F i g. 7), da sämtliche Eingänge / und K der Stufen der zweiten Kippstufe 60 so beeinflußt, daß der Aus- 16', 16" (wegen der Negierung durch die Nicht-Undgang ~Q dieser Kippstufe den mit der Zeile 76 wieder- Gatter 26) auf Potential L liegen. Zum gleichen Zeitgegebenen Zustand annimmt, so daß die Gatter 26 punkt wird über den Negator 62 und die Leitung 78 leitend werden und es insofern zu einer Verbindung 15 auch auf die Zahlwertschalter 12', 12" ein Impuls der Eingänge J. K der Kippstufen 16', 16" mit den (vgl. Zeile 78, F i g. 6) gegeben, der dafür sorgt, daß entsprechenden Ausgängen der Zähldekaden 10', 10" die Zählstufen 10', 10" ... wieder auf den gewünschkommt. Entsprechend der Arbeitsweise der verwen- ten Sollwert voreingestellt werden. Durch den zu deten bistabilen Kippstufen bleiben die über die dem Eingang der Kippstufe 64 gelangten Impuls Und-Gatter 26 zu diesem Zeitpunkt übermittelten 20 kehrt deren Ausgang ~Q in den Zustand 0 zurück, so Signale auf den Zustand der Stufen 16 zunächst noch daß auch die Umpolvorrichtung 20 in die einem ohne Einfluß und stehen lediglich an den Signalein- nicht erfolgten Nulldurchgang entsprechende Stelgängen /, K an. lung überführt wird.

Über die Leitung 52 und das Oder-Gatter 68 kann Der fünfte Taktimpuls beaufschlagt den Rück-

jedoch der zweite Taktimpuls die Impulsleitung 36 25 Stelleingang der vierten Kippstufe 66, so daß deren

erreichen, die mit den Auslöseeingängen 17 der bi- Ausgang ~Q in jedem Fall das Potential L annimmt

stabilen Kippstufen 16', 16" verbunden ist. Beim und damit das Und-Gatter 21 b für die Öffnung vor-

Eintreffen dieses Impulses (vgl. F i g. 6, Zeile 36) bereitet, auch wenn auf den Auslöseeingang über die

vermögen die an den Eingängen / und K anstehen- Leitung 10«j^iv ein einem Nulldurchgang entspre-

den Signale auf die Stufen 16', 16", ... einzuwirken. 30 chendes Signal gegeben worden war.

Das Verhalten der bistabilen Kippstufen ergibt sich Beim Auftreten des sechsten Taktimpulses schließ-

dabei aus der in F i g. 7 gezeigten Tabelle. Man er- lieh wird der Eingang der ersten Kippstufe 58 beauf-

kcnnt. daß, wenn vor Eintreffen des Auslöseimpulses schlagt, so daß deren Ausgang Q wieder das Poten-

an dem Eingang J der Zustand 0 und an dem Ein- tial L annimmt (Zeile 74) und, wie aus F i g. 6

gang K der Zustand L herrscht, der Ausgang Q nach 35 (Zeile 13) ersichtlich, eine neue Impulsfolge während

Eintreffen des Auslöseimpulses unabhängig von dem eines weiteren Zeitabschnittes /," in die Zählstufe

vorhergehenden Zustand einer Kippstufe 16', 16" eingeleitet werden kann.

den Wert 0 annimmt. Stehen an den Eingängen J Während hinsichtlich Fig. 6a von einer Situation

und K die Signale in umgekehrter Zuordnung an ausgegangen wurde, in der es — entsprechend

(J — L. K = 0), so nimmt der Ausgang Q nach Ein- 40 F i g. 3 a — zu keinem Nulldurchgang kommt, sind

treffen des Auslöseimpulses in entsprechender Weise mit Fig. 6b die Verhältnisse wiedergegeben, die sich

den Wert L an. Der Wert des Ausgangs Q einer ergeben, wenn während des Zählvorganges — ent-

Kippstufe 16', 16" entspricht damit also immer ge- sprechend Fig. 3b — die Nullstellung der Zählstufe

nau dem Wert, den der Ausgang Q einer Zählstufe 10 durchlaufen worden ist. Im Zeitabschnitt r," der

10', 10". ... bei der Übergabe des Zahlwertes der 45 Fig. 6b ist an der Stelle A in Zeile 10;?i^IV ein sol-

Zähleinheit 10 an die Speicherstufe 16 hat. eher Nulldurchgang angedeutet. Ob die Nullstellung

Mittels des zweiten Taklimpulses wird gleichzeitig durchlaufen worden ist oder nicht, kann dabei wie

der Rückstelleingang der dritten Kippstufe 64 be- folgt festgestellt werden: Wie aus F i g. 2 ersichtlich,

aufschlagt, so daß der Ausgang Q der Stufe 64 in erfolgt in den vierten Kippstufen der einzelnen De-

den Zustand L übergeht (vgl. Zeile 80, Fig. 6). Da- 50 kaden 10', 10"... ein Übergang von L auf 0 wäh-

mit wird das Relais 34 erregt, so daß die Umpolein- rend eines Durchlaufs stets nur einmal. Kippt also

richtung 20 den Signalleitungen 32 a. 32 ft eine PoIa- die letzte Stelle der vierten Dekade 10^IV der Zähl-

rität erteilt, die voraussetzungsgemäß der Polarität einheit 10 von L auf 0. so bedeutet das. daß die

bei nicht erfolgtem Nulldurchgang entgegengesetzt Zähleinheit 10 ihre Nullstellung durchlaufen hat. Ein

ist, was jedoch gleich anschließend mittels des noch 55 diesem Kippvorgang entsprechender Impuls kann

zu erwähnenden vierten Taktimpulses wieder geän- daher über Leitung 10«7^lv auf den Eingang der vier-

dert wird. ten Kippstufe 66 gegeben werden und als Anzeige

Der dritte Taktimpuls speist dann über Leitung 53 für einen erfolgten Nulldurchgang dienen. Die Kipp-

den Auslöseeingang der zweiten Kippstufe 60, so daß stufe 66 übt damit die Diskriminatorfunktion der

deren Ausgang ~Q wieder den Zustand 0 annimmt 60 Stufe 22 der F i g. 1 aus.

und damit die Leitung 76 bzw. die /4-Eingänge der Die Ausgangsleitung 66a nimmt dann — wie mit Und-Gatter 26 ein Potential erhalten, bei dem die Zeile 66a der Fig. 6 veranschaulicht — das Aus-Und-Gatter 26 gesperrt sind. Damit sind die Aus- gangspotential 0 an. so daß das Und-Gatt.T 21 b gegänge der Zähleinheit 10 von den Eingängen der sperrt wird. Dieser Zustand der vierten Kippstufe 66 Speicherstufe 16 getrennt. Sämtliche Eingänge J 65 bleibt erhalten, bis später der fünfte Taktimpuls übei und A' der Stufen 16', 16"... liegen daher (wegen die Leitung 55 und den Rückstelleingang der Stufe der Negierung durch die Nicht-Und-Gatter 26) auf 66 dafür sorgt, daß der Ausgang ~Q wieder das Po-Potential L. tcntial L annimmt, wie ebenfalls in Zeile 66a dei

F i g. 6 gezeigt. Infolge dieser Sperrung des Und-Gatters 21 & kann dann der vierte Taktimpuls nicht wie bei F i g. 6 a über die Leitung 36 zu den Auslöseeingängen der Stufen 16 gelangen, so daß in diesem Falle eine Invertierung unterbleibt. Ebenso bleibt in diesem Fall der vierte Taktimpuls auch ohne Einfluß auf den Zustand der dritten Kippstufe 64, so daß der von der Rückflanke des zweiten Taktimpulses zunächst hervorgerufene Polaritätswechsel der Umpoleinrichtung 20 erhalten bleibt und nicht, wie bei dem in Verbindung mit F i g. 6 a beschriebenen Beispiel, durch den vierten Taktimpuls wieder aufgehoben wird.

Damit ist es also möglich, mit besonders geringem Aufwand und mit nur einem einzigen, jeweils nur vorwärts zählenden Zähler ohne das Auftreten von Koinzidenzerscheinungen und mit großer Zuverlässigkeit, sowohl für positive als auch negative Sollwert-Abweichungen jeweils vorzeichenrichtige Regelsignale liefern zu können, deren Größe dem Betrag der tatsächlichen Sollwert-Abweichung mit der großen Genauigkeit entspricht, wie sie durch digitale Meßverfahren erreichbar ist, wobei die Meßgenauigkeit also im wesentlichen von der Anzahl der Zähl-S einheiten bzw. der eingespeisten Impulse abhängt. Grundsätzlich kann das beschriebene System auch dahingehend abgewandelt werden, daß statt des Aiken-Codes auch der 3-Excess-Code eingesetzt wird, der ebenfalls einen spiegelbildlich symmetrisehen Aufbau hat. Allerdings ist im Falle des 3-Excess-Code keine direkte lineare und analoge Darstellung der digitalen Regelabweichung mittels eines D/A -Umsetzers möglich. Dagegen gestattet der Aiken-Code durch die Möglichkeit einer linearen Gewichtung eine Anwendung des Verfahrens auf einen P-l-D-Regler, bei dem nun die digital gebildete und vorzeichenrichtige Regelabweichung über einen D/y-i-Umsctzcr auf ein P-I-D-Verhalten erzeugendes elektrisches eder clektrohydraulisches Stellglied geschickt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur fortlaufenden Erfassung der Sollwert-Abweichung emer in Form zeitlich aufeinanderfolgender Impulse auftretenden Größe mittels einer zur Sollwert-Einstellung voreingestellten Zähleinheit, der der Istwert während eines ersten Zeitabschnitts als Impulsfolge zügeführt wird, derart, daß die Belegung der Zähleinheit die Sollwert-Istwert-Differenz darstellt, die während eines zweiten Zeitabschnittes in eine Speichel stufe übergeben und daß diese Belegung zur Korrektur der Sollwert-Istwert-Differenz eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten Zeitabschnitt (r/, I₁") der Sollwert aiken- bzw. 3-Excess-codiert als Komplement eingespeichert, der während des ersten Zeitabschnitts (I₁', /,") zugeführte Istwert beim Einzählen aiken- bzw. 3-Excess-codiert und die Sollwert-Istwert-Differenz parallel eingespeichert werden, und daß in Abhängigkeit von einem beim Zählen der Istwert-Impulsfolge nicht erfolgten Nulldurchgang der Zähleinheit der von der Speicherstufe aus der Zähleinheit übernommene Zahlwert invertiert und gleichzeitig dem dann abgegebenen invertierten Zahlwert eine Polarität erteilt wird, die der Polarität bei erfolgtem Nulldurchgang entgegengesetzt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Impulsen zur Zähleinheit während des zwei'en Zeitabschnittes (/.,) gesperrt wird und die Abgabe von Impulsen von der Zähleinheit in die Speicherslufe eingeleitet wird und damit der in der Zähleinheit bei Sperrung des Eingangs der Zähleinheit vorhandene Zahlwert zu entsprechenden Eingängen der Speicherstufe geleitet, sodann durch einen Auslöseimpuls der auf die entsprechenden Eingänge der Speicherstufe gegebene Zahlwert von der Speicherstufe übernommen, anschließend die Abgabe von Impulsen von der Zähleinheit an die Speicherstufe wieder unterbunden, hierauf dem von der Speicherstufe festgehaltenen Wert eine einem nicht erfolgten Nulldurchgang entsprechende Polarität zugeordnet, sodann für den Fall eines nicht erfolgten Nulldurchganges der von der Speicherstufe festgehaltene Zahlwert mit Hilfe eines zweiten, auf entsprechende Eingänge der Speicherstufe einwirkenden Auslöseimpulses invertiert, hierauf die Zähleinheit erneut auf den voreingestellten Sollwert gebracht, unmittelbar anschließend mit Beginn eines weiteren ersten Zeitabschnittes (r/') die Zufuhr von Impulsen an die Zähleinheit wieder freigegeben und damit eine neue Istwert-Impulsfolge in die Zähleinheit eingeleitet und ein neuer Meßzyklus (T_a) begonnen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei Einleitung der Ist-Impulse während eines ersten Zeitabschnittes (i,) aufgetretener Nulldurchgang der Zähleinheit erfaßt und ein in Abhängigkeit davon erzeugtes Signal zur Unterdrückung der Invertierung der von der Speicherstufe festgehaltenen Zahlenwerte außerdem dafür verwendet wird, dem von der Speicherstufe festgehaltenen Zahlenwert eine Polarität zuzuordnen, die derjenigen bei nicht erfolgtem Nulldurchgang entgegengesetzt ist

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einer aus bistabilen Kippstufen aufgebauten, auf den Sollwert voreingestellten Zähleinheit mit einem Zähleingang und einer an dieser angeschlossenen, aus bistabilen Kippstufen bestehenden Speicherstufe, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Aiken- bzw. 3-Excess-Code arbeitende Zähleinheit (10) mit einem ebenfalls nach dem Aiken- bzw. 3-Excess-Code arbeitenden Zahlwertschalter (12) zum Voreinstellen der Zähleinheit (10) auf das Komplement des aiken- bzw. 3-Excess-codierten Sollwerts verbunden ist und der Zähleingang (13) der Zähleinheit (10) über ein während des zweiten Zeitabschnittes (/.,) sperrbares erstes Und-Gatter (24) an eine Impülsleitung (14) für die Istwert-Impulsfolge anschließbar ist und daß Ausgänge der Zähleinheit (10) jeweils an die ß-Eingänge von Nicht-Und-Gattern (26) gelegt sind, deren Ausgänge mit Signaleiugängen (/, K) der bistabilen Kippstufen (16 a', 16 ft') der nach dem Aiken- bzw. 3-Excess-Code arbeitenden Speicherstufe (16) verbunden sind und deren A -Eingänge an eine Impulsleitung (76) gelegt sind, die während eines Teils des zweiten Zeitabschnittes (i₂) ein zur öffnung der Nicht-Und-Gatter (26) geeignetes Potential führt, daß ferner die Kippstufen der Speicherstufe (16) mit Auslöseeingängen (17) an eine Auslöseimpulse führende Impulsleitung (36) angeschlossen sind, und daß der Nullausgang der Zähleinheit (10) an einem den Nulldurchgang der Zähleinheit (10) registrierenden NuIldiskriminator (22) angeschlossen ist, der mit einem Eingang eines zweiten Und-Gatters (21 b) verbunden ist, dessen anderer Eingang an eine Invertierungsstufe (21a) und dessen Ausgang (22 a, Hb) an die Speicherstufe (16) und an eine Umpoleinrichtung (20) am Ausgang eines Digital-Analog-Umsetzers (18) angeschlossen sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur zeitgerechten Steuerung der Zähleinheit (10) und der Speicherstufe (16) ein Impulsgeber (40) und eine diesem zugeordnete Logikeinheit (42) vorgesehen sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsgeber ein frequenzstabiler Oszillator (44) vorgesehen ist, der einen als Frequenzzähler (46) arbeitenden, aus Dekaden (46', 46" ...) bestehenden Zähler speist, dessen Ausgänge (46/, 46,"...) mit ersten, zweiten usw. Taktimpulsen (51, 52, 53, 54, 55, 56) die Logikeinheit (42) steuern.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikeinheit (42) folgende Bausteine aufweist: Eine erste Kippstufe (58), deren Rückstelleingang mit dem ersten Taktimpuls (51). deren Auslöseeingang mit dem sechsten Taktimpuls (56) und deren Ausgang über eine Leitung (74) mit dem ß-Eingang des dem Eingang der Zählstufe (10) vorgeschalteten ersten Und-Gatters (24) verbunden ist; eine zweite Kippstufe (60), deren Rückstelleingang mit dem ersten Taktimpuls (51), deren Auslöseeingang mit dem dritten Taktimpuls (53) und deren Ausgang über eine Leitung (76) mit den A-

Eingängen der zwischen den Ausgängen der Zähleinheit (10) und den Eingängen der Speicherstufe (16) liegenden Nicht-Und-Gatter (26) verbunden ist; einen Negator (46), dessen Eingang mit dem vierten Taktimpuls (54} des Taktgebers (40) und dessen Ausgang über eine Leitung (78) mit dem Eingang des Zahl .vertschalters (12/ verbunden ist; eine dritte Kippstufe (64), deren Rückstelleingang mit dem zweiten Taktimpuls (52), deren Auslöseeingang über das zweite Und-Gatter (21 b) mit dem vierten Taktimpuls (54) und deren Ausgang mit der Umpoleinrichtung (20) verbunden ist; ein Oder-Gatter (68), dessen A -Eingang mit dem zweiten Taktimpuls (52), dessen ß-Eingang mit dem Ausgang des zweiten Und-Gatters (21 ft) und dessen Ausgang über eine Leitung (36) mit dem Auslöseeingang (17) der Speicherstufe (16) verbunden ist; eine vierte Kippstufe (66), deren Rückstelleingang mit dem fünften Taktimpuls (55), deren Auslöseeingang mit einem den Nulldurchgang der Zähleinheit (10) repräsentierenden Ausgang (IOw'v) letzter Stelle der letzten Dekade (10^lv) der Zähleinheit (10) und deren Ausgang über eine Leitung (66a) mit dem B-Eingang des zweiten Und-Gatters (21 b) verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit Ausnahme der ersten Dekade (46') jeweils die vorletzten Ausgänge der Zähldekaden (46", 46'", 46^1V) des Frequenzteilers (46) mit den B-, C- bzw. D-Eingängen eines dritten Und-Gatters (49) verbunden sind, dessen Ausgang an die B-Eingänge von vierten Und-Gattern (5O₁, 50.,, ...) angeschlossen ist, deren /!-Eingänge an den ersten bis sechsten Eingang der ersten Dekade (46') angeschlossen sind.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (45) des frequenzstabilen Oszillators (44) mit dem Eingang eines monostabilen Vibrators (48) gekoppelt ist, dessen Kippzeit geringer als die Dauer eines von dem Oszillator (44) abgegebenen Impulses ist und dessen Ausgang mk dem A -Eingang des dritten Und-Gatters (49) verbunden ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Umpoleinrichtung ein Relais (3<i) vorgesehen ist, dessen Wicklung in Abhängigkeit von dem von der Stufe (64) abgegebenen Ausgangsimpuls über eine Leitung (80) erregt bzw. entregt wird und dabei einen Schalter (31) in seine eine oder andere Polaritätslage verbringt.