DE1763761A1 - Digitale Stelleinrichtung mit Vielphasensteuerung - Google Patents

Description

Anmelder: Stuttgart, den 2. August 1968

Nippon Electric Company, P 2137

Limited,

7-15 Shiba Gochome,

Minato-ku, Tokyo-to

Vertreter:

Pat ent anwalt
Dipl.-Ing. Max Bunke
7 Stuttgart W
Schloßstraße 73 B

Digitale Stelleinrichtung mit Vielphasensteuerunp;

Die Erfindung betrifft eine digitale Stelleinrichtung mit Vielphasensteuerung unter Verwendung einer Verteilerbefehlseinrichtung zur Erzeugung eines Verteilerbefehlssignals mit einer Wiederholungs-■periode von l/Soll-Vorschubgeschwindigkeit aufgrund eines, von außen anliegenden ersten Informationssignals und zur Vorgabe der Soll-Vorschubgeschwindigkeit für das gesteuerte Element, eines Verteilers zur Erzeugung eines Verteilersignals, das jede Ä'nderungsstufe und Richtung in der Stellung des gesteuerten Elements aufgrund eines zweiten Informationssignals angibt,das die Art der Verteilung festbg

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einer Antriebseinrichtung mit einem an eine nntriebsstufe angekoppelten Vielphasendetektor zur Erzeugung einer Vielzahl von Nachweissignalen mit jeweils vorgegebenen J. hasenunterschic den, mit einem Einstell-Phasenwähler zur ^uswahl aufeinanderfolgender Einstell-Phasensignale entsprechend den Phasenstufer der Kachweissignale in Abhängigkeit von dem Verteilersignal, mit einem Phasendiskriminator und einem Leistungsverstärker, sowie mit einer Antriebsstufe, an die das gesteuerte element angekoppelt ist.

Die Antriebseinrichtung stellt eine geschlossene liegelschleife dar, womit ein Fehlersignal entsprechend dem Wert des ^instell Phasensignals zum Verschwinden gebracht wird. ±£Lne derartige Stelleinrichtung gehört im wesentlichen einer von drei Grupper an, einem phasenmodulierten System, einem System mit einem Schrittschaltmotor oder einem Stellungs-Phasensystem.

In einer bekannten Stelleinrichtung können während 3eschleunigungs- oder Verzögerungsperioden der Antriebsstufe, wo also der Unterschied zwischen der Soll-Vorschubgeschwindigkeit und der Ist-Vorschubgeschwindigkeit des gesteuerten £lements vergleichsweise groß ist, große Kachlauffehler auftreten. Die Soll-Vorschubgeschwindigkeit ist proportional der Impulsfrequenz des Verteilerbefehlssignals. .Venn z.B. ein Gleichspannungsmotor als Vorschubmotor innerhalb der Antriebsstufe benutzt ist, ist das Verhältnis des erzeugten Drehmoments des Vorschubmotors zu dem Trägheitsmoment des gesteuerten lileir.antE (also das Verhältnis Antriebsmoment/Trägheitsmoment) kleiner während einer Beschleunigungsperiode, so daß die iiinstellzeit vergleichsweise lang ist, während der das System eine kinetische Energie entsprechend der Soll-Vorschubgeschwindigkeit aufnimmt. Infolgedessen steigt auch bei vergleichsweise kleiner mechanischer Verzögerung, als Differenz zwischen der Soll-Stellung des gesteuerten Elements aufgrund der Anzahl dei Verteilersignale und der Ist-Stellung desselben, der Nachlauf steil an. Im ungünstigsten Fall kann das gesteuerte Element der Soll-Stellung nicht folgen, δ in weiterer Kachteil bei Verwendung eines Schrittschaltmotors oder eines oldruckmotors als Vorschubmotor ist, daß das Drehmoment-Trägheits-Verhaltni^ 209815/0363

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des Antriebssysterns vergleichsweise groß ist. Die Anstiegszeit muß jedoch sehr kurz sein. Wenn dann der Nachlauf innerhalb eines schmalen Bereichs liegt, tritt eine plötzliche mechanische Verzögerung innerhalb der Antriebsstufe auf.

Aufgabe der Erfindung ist die Ausschaltung eines unzulässig großen Nachlaufs.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen die Verteilerbefehlseinrichtung und den Verteiler eine Verteilersteuerstufe eingeschaltet ist, die zusätzlich von einem Verteilersteuersignal gesteuert wird, das aus einem Alarmphasensignal abgeleitet wird.

Nach der bekannten Technik dient zur Steuerung der Einstellung nur eine Information unabhängig von dem Einstell-Phasensignal. Demgegenüber wendet die Erfindung zusätzlich ein Alarmphasensignal mit einer vorgegebenen Phasendifferenz gegenüber dem Einstellphasensignal an, welches aus den vielphasigen Nachweis-Signalen ausgewählt ist,. Dieses Alarmphasensignal erzeugt ein Alarmsignal, woraus ein Verteilersteuersignal abgeleitet wird, wenn sich das Alarmsignal in einer vorgegebenen Beziehung gegenüber einem Bezugssignal befindet. Yieiterhin wird in der Verteilersteuerstufe ein gesteuertes Verteilerbefehlssignal in Abhängigkeit von dem Verteilersteuersignal gebildet. Dieses gesteuerte Verteilerbefehlssignal beaufschlagt anstelle des Verteilerbefehlssignals den Verteiler.

Damit stellt die vorliegende Erfindung für eine digitale Stelleinrichtung mit Vielphasensteuerung eine einfache Erweiterung

o bereit, womit man nicht nur den Nachlauf unterhalb eines voroo geschriebenen Wertes halten kann, sondern auch weitgehend eine ^ Zunahme einer innerhalb der Antriebaetufe auftretenden mechani-"-> sehen Verzögerung unter Kontrolle halten kann. ο

Im einzelnen wählt eine Alarmphasenstufe das Alarmphasensignal unter den vielphasigen Nachweissignalen aus; eine Alarmstufe erzeugt daraus das Alarmsignal; eine Alarmsteuerstufe gibt das Verteilersteuersignal ab und schließlich gibt die Verteilersteuerstufe ein gesteuerteB Verteilerbefehlssignal anstelle des

Verteilerbefehlssignals selbst an den Verteiler weiter.
Das gesteuerte Verteilerbefehlssignal wird durch Beeinflussung des Verteilerbefehlssignals mit dem Verteilersteuersigna gewonnen.

Der erste überraschende, mit der vorliegenden Erfindung erzie te Vorteil liegt darin, daß die Soll-Stellung des gesteuerten Elements mit hoher Genauigkeit eingefahren, wird. Kach der
Erfindung wird das Verteilerbefehlssignal durch das Verteiler steuersignal derart gesteuert, daß der Wachlauf innerhalb eines vorgegebenen Bereichs gehalten wird, auch wenn ein gewöhn licher Elektromotor als Vorschubmotor anstelle eines Schrittschaltmotors oder eines. Öldruckmotors benutzt ist. - Wenn z.B zwei Digitaleinrichtungen jeweils eine für die X- und eine
für die Y-Koordinate vorgesehen sind und jeweils Verteilersignale für die X- und Y-Achse in die X- und Y-Antriebsstufe
eingespeist werden, kann eine vorgegebene Funktion durch die
Summe der beiden Verteilersignale für die jeweiligen Achsen
dargestellt werden. Dabei erfolgt die Einstellsteuerung des
gesteuerten Elements längs einer Kurve in der XY-Ebene, die
durch die genannte Funktion dargestellt wird. In diesem Fall
stellen die X- und Y-^achläufe jeweils eine X- bzw. Y-Abweichungskomponente der Ist-Stellung gegenüber der Soll-Stellung auf der genannten Kurve dar. Bei einer solchen numerischen
Kurvensteuerung kann man mit einer herkömmlichen Antriebsstuf unter Verwendung eines Elektromotors nur unter Schwierigkeite die Nachläufe innerhalb vorgegebener Werte halten. Dagegen
ermöglicht die Erfindung überraschenderweise eine vollständig Erfüllung der Genauigkeitsanforderungen für die nachlaufcharakteristik.

In einem System, das zur Einhaltung des Wachlaufs innerhalb
eines vorgegebenen Bereichs vorgeschlagen ist, wo jede Servoeinrichtung, die eine gleichartige Funktion wie die Antriebsstufe nach der vorliegenden Erfindung erfüllt, einen umsteuer baren Binärzähler enthält, wie dies in der Zusatznotiz 14 des Patentblatte 61-19195 unter der Bezeichnung "Steuerungsverfahren für Relativbewegungen unter Verwendung von Impulsen
insbesondere für Werkzeugmaschinen i¹ beschrieben ist, zählt
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dieser Zähler in einer Befehlsrichtung.eine normalisierte Impulsfolge (entsprechend dem Verteilersignal nach der vorliegenden Erfindung) und zählt außerdem einen Gegenkoppelungspuls (Stellungsnachweisimpuls), die durch einen Elektromotor erzeugt werden, jeweils wenn sich das von einem Lotor angetriebene gesteuerte Element um einen bestimmten .^inheitsbetrag weiterbewegt hat. Der aus den genannten Impulskomponenten zusammengesetzte Puls wird in geeigneten Zeitpunkten ausgesetzt (vergleiche Zusatznotiz 13» wenn der in dem Zähler enthaltene Wert (Nachlauf) größer als ein vorgegebener Wert wird) Dieses System ist in seinen Abmessungen unerwünscht groß, da ein umsteuerbarer Zähler, eine Steuerschaltung für denselben, ein Stellungsnachweisgenerator, eine Synchronesierungsschaltür ^ für die Stellungsnachweisimpulse sowie weitere Schaltstufen erforderlich sind.

Ein solches System unter Auswertung von Stellungsnachweisimpulsen besitzt den Kachteil, daß es von Störimpulsen beeinfluß werden kann, die an einer Stelle induziert werden, wo die elektrischen Verhältnisse nicht ideal sind. Denn es ist schwie rig, Störimpulse aufgrund von Induktionseinflussen von normale Stellungsnachweisimpulsen zu unterscheiden. Im Gegensatz dazu hat die Einrichtung nach der Erfindung einen außerordentlich einfachen Aufbau, da diese Einrichtung keinen umsteuerbaren Zähler mit seinen umfangreichen Zusatzschaltkreisen erfordert. Die Einrichtung nach der Erfindung wird nicht durch Störimpuls ™ von Induktionseinflussen beeinflußt, da eine Schaltstufe zur Erzeugung mehrphasiger Nachweissignale benutzt wird, die mit bestimmten Pegeln ausgegeben werden, statt daß ein Nachweisimpulsgenerator Verwendung findet.

Ein weiterer überraschender Vorteil der Erfindung liegt in der Verwirklichung eines gleichmäßigen Antriebs,in-dem eine mechanische Verzögerung bei Beschleunigung oder Verzögerung der Antriebestufe weitgehend herabgesetzt wird. Wenn z.B. ein Schrittschaltmotor oder ein üldruckmotor als Vorschubmotoi. benutzt wird, und wenn in einem solchen System die Antriebsstufe beschleunigt oder verzögert wird, indem man mit einer , Taktperiode entsprechend einer Exponentialfunktion das Takt- i

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verhältnis des genannten Verteilersteuersignals einseitig ohne Rücksicht auf die Trägheit der Antriebsstufe einstellt, um den starken Anstieg der mechanischen Verzögerung auszuschalten, wir·

bis

die mechanische Verzögerungsenergie steil ansteigen,/die Antriebsstufe die kinetische Energie entsprechend der Üoll-Vorschubgeschwindigkeit gespeichert hat. Damit wird der Vorschubmotor durch das erzeugte Drehmoment beeinflußt, da der Unterschied zwischen der tatsächlich wirksamen mechanischen Zeitkonstantal der Antriebsstufe und der Zeitkonstanten der genannte Exponentialfunktion nicht unbedingt klein ist. Dagegen wird nach der Erfindung das Verteilerbefehl3signal in Abhängigkeit von dem Alarmsignal gesteuert, das aus den vielphasigen liach.-weissignalen für die Stellung des gesteuerten Elements abgeleitet wird. Damit wird die mechanische Verzögerung, die innerhalb der Antriebsstufe erzeugt wird, weitgehend herabgesetzt im Vergleich zu einer bekannten digitalen Stelleinrichtung. Dies ergibt einen glatten gleichmäßigen Antrieb.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der'zugehörigen Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer digitalen Stelleinrichtung mit Vielphasensteuerung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Ausführungsform eines Verteilers,

die Fig. 3(a)

und 3(b)geben die Beziehung zwischen den Signalelementen der Verteilersignale des Verteilers nach Fig. 2 an;

Fig. 4 ist ein Beispiel der Ausgangskennlinien des Vielphasendetektors, der einen Teil der Antriebsstufe bildet, die eine Baugruppe der Einrichtung nach der Erfindung darstellt;

Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Einstell-Fhasenwählers;

die Fig. 6(a).

(b) u. (c) dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Antriebsstufe;

die Fig. 7 und

8 zeigen verschiedene Auaführungsformen einer Alarmphasenstufe;

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform einer Alarmsteuerstuf θ;

Fig. 10 eine Auaführungsform einer Verteilersteuers tu·

^fej 209815/0363

die" Fig. 11 U), 00, (cj
und Pig. 12 (a), (b), (c)

dienen zur Erläuterung der '.'»irkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung mit einer - Alarm>hasenstufe nach Fig. 7;

die Fig. 13 (a), (b), (c)

erläutern die /Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung mit einer Alarmphasenstufe nach J¹Xg. 8;

Fig. 14- zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung hinsichtlich der Alarmsteuerstufe;

die Fig. 15 (a), (b), (c)

zeigen die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 14,

Fig. 16 zeigt einen Aufbau mit einer Zusatzeinrichtuu gegenüber Fig. 1 zur weiteren Verbesserung der Erfindung bei der Verzögerung der An- ■ triebsstufe;

die Fig. 17 (a), (b) und (c)

zeigen Ausführungsformen von Schaltstufen der Zusatzelemente nach Fig. 16;

Fig. 17 (d) erläutert die Beziehung zwischen Signaler, in den Baugruppen nach Fig. 16j

die Fig. 18* (a), (b) und (c)

erläutern die Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig. 16;

Fig. 19 zeigt eine Ausführungsform einer Schaltstufe zur Erzeugung eines Verzögerungsbefehlssignals für die Einrichtung nach Fig. 16; und

(a), (b), (c) und (d)

erläutern die Beziehung zwischen den Signaler der Einrichtung nach Fig. 19.

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i'ig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Stelleinrichtung nach der Erfindung. Die Baugruppen 1, 2 und 3 sind bereits in einer bekannten digitalen stelleinrichtung mit Vielphasensteuerung vorhanden; die Baugruppen 5, 6, 7 und 8 bilden den Gegenstand der Erfindung. Eine Verteilerbefehlseinrichtung 1 erzeugt ein Verteilerbefehlssignal S^ jeweils mit einer 'i'aktzeit von I/Soll-Vorschubgeschwindigkeit, wobei eine lnformatioi zur -Festlegung der Soll-Vorschubgeschwindigkeit eines gesteuerten Elements 4 ausgewertet wird. Eine Verteilersteuerstufe 8, die weiter unten im einzelnen erläutert wird, nimmt als Eingänge das Verteilerbefehlssignal S. sowie ein weiter unten erläutertes Steuersignal Sc- auf und gibt ein gesteuertes Verteilerbefehlssignal Sp ab. Ein Verteiler 2 speist ein Verteilersigna; S,j das jeweils eine Änderungsstufe und die entsprechende Richtung in der Sollstellung des gesteuerten Elements 4- angibt in eine Antriebseinrichtung 3ein, die noch im einzelnen erläutert wird; in dem Verteiler 2 wird eine zweite Information ausgewertet, die die Methode der Verteilung für das Verteilersignal angibt. Dieser Verteiler 2 ist z.B. ein bekannter Digital-Interpolator mit e\Lner digitalen Differenzierstufe, wie dies von numerischen Steuerungen bekannt ist; weiterhin gehören je nach den besonderen Verhältnissen Und-Schaltungen 2-1, 2-2 und 2-3 nach Fig. 2 dazu. Wenn die zweite Information, d.h. ein Signal I oder I_, die die Verschiebungsrichtung in der Sollstellung des gesteuerten Elements 4- angibt, sowie ein Verteilerauslösesignal I , an den genannten Und-Schaltungen anliegen, wird ein Elementarsignal S oder S_ zur Anzeige der Richtung der Verteilung in den Und-Schaltungen 2-1 oder 2-2 sowie ein Signal 3 , das eine einstufige Änderung der SoIlstellung des gesteuerten Elements angibt, in der Und-Schaltung 2-3 erzeugt, jeweils wenn das gesteuerte Verteilerbefehlssignal S₂ einläuft. Dieses Verteilersignal S, umfaßt Elementarsignale S₊ und S oder S_ und S₁ deren gegenseitige zeitliche Beziehung in den Figuren 3 (a) und (b) dargestellt ist.

Die Antriebseinrichtung 3 enthält einen Vielphasendetektor 3-1 der Vielphasen-Nachweissignale J2L f>j 0 mit vorgegebenen,

ι η Istgegenseitigen Phasenunterschieden gegenüber der/Stellung des

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gesteuerten Elements 4 erzeugt, einen^instell-Phasenwähler 3-2. der jeweils beim Empfang eines Signals S-, in der entsprechenden Phasenfolge eines der Kachweissignale 0,. λ/ 0 auswählt, eirsihasendiskriminator 3-3 mit Leistungsverstärker zur Erkennung der Phase eines ausgewählten Einstell-Phasensignals 0 , zur Verstärkung desselben und zur Erzeugung eines Treibersignals Spp sowie eine Antriebsstufe 3-4-, die mit dem gesteuerte] Element 4 derart verkoppelt ist, daß das Treibersignal S-, zum Verschwinden gebrecht wird. Damit erhält man bezüglich der Signale 0. Λ/ 0 , 0 und S^ eine Hegelschleife.

Geteuertes Element 4· ist z.B. der Tisch, die Brücke oder ein Gelenk einer 'werkzeugmaschine; Antriebsstufe 3-4 zum Antrieb des gesteuerten Elements 4 ist z.B. ein Elektromotor oder ein Gldruckmotor. Der Vielphasendetektor 3-1> der z.B. über ein Getriebe mechanisch mit der Ausgangswelle der Antriebsstufe 3-4 gekoppelt ist, ist z.B. ein bipolarer 10-Phasen-Synchrondetektor mit einem bipolaren Hotor und einem 10-Phasen-Stator, wo bei Einspeisung eines bestimmten Erregersignals in den Rotorwicklungen des Vielphasendetektors 3-1 10-phasige Nachweissignale β* λ-' 0.~ in den Statorwicklungen erregt werden, die eine Amplitudenmodulation entsprechend dem Drehwinkel θ des Rotors aufweisen. Fig. 4 zeigt Kurvenabschnitte der Hüllkurve verschiedener Nachweissignale 0./V0.Q, wo die Hüllspannung jeweils auf der Ordinate und der Drehwinkel O auf der Abszisse dargestellt sind. Der Einstell-Phasenwähler 3-2 enthält nach Mg. 5 eine Und-Schaltungs-Grup. 3-2-1 zur jeweiligen Verarbeitung der Kachweissignale 0_y]A>0_/._o und einen umkehrbaren Dezimal-Ringzahler 3-2-2, der Torsignal C^a-C.q erzeugt, die jeweils eine Torschaltung innerhalb der Und-Torschaltungsgruppe in Durchlaßzustand schalten, während die anderen Und-Schaltungen im Sperrzustand sind. Die wirkungsweise des Einstell-Phasenwählers 3-2 wird anhand der Fig. 5 erläutert. Das Elementarsignal S₊ oder S des Verteile: signals S, möge als Signal zur Vorgabe der Schaltung des Hingzählers 3-2-2 in Vorwärts- oder ßückwärtsrichtung dienen, und die Nachweissignale 0. λ/ 0^q werden nacheinander in der Phasenfolge durch Änderung des Inhalts des iiingzählers 3-2-2

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um je eine Stufe ausgewählt, jeweils wenn das Elementarsignal S einläuft. .Venn z.B. das Torsignal ü_u- den logischer. Zustand "1" innehat und die restlichen Torsignale den logischen Zustand "0" aufweisen, befindet sich die und-Schaltung für das ^achweissignal 0c im Durchlaßzustand; dann ist das Signal 0,- das ausgewählte Einstell-Phasensignal ,0 . wenn ein weiteres Verteilersignal S, einläuft, wo das Elementarsignal S vorliegt, hat nur das Torsignal Cg den logischen Zustand "1", während die übrigen Torsignale den logischen Zustand "0" haben; wenn andererseits das EIe ment ar signal den Wert S_ hat, befindet sich nur das Torsignal C^ im logischen Zustand "1", während die übrigen Torsignale den logischen Zustand "C" innehaben. Dann erhält man als Jinstell-Phasensignal # jeweils das Signal 0,- oder 0^.

Der Fhasendiskriminator 3-3 mit Leistungsverstärker erhält das Einstell-Phasensignal 0 als Eingangssignal und gibt das Treibersignal S_x. ab, das durch die Phasendiskriminierung und Verstärkung erhalten wird. Dieses Signal beaufschlagt die Antriebs stufe 3-4·· Die Größe des Treibersignals ö^ hängt von derjenigen \ies Linstell-Phas.ensignals 0 ab. Die «.ntriebsstufe 3-4- setzt bei Eingabe des Treibersignals 3_ß ihre Ausgangswelle in Drehung, so daß dadurch die Größe des Treibersignals S-^ auf den Nullwert zurückgeführt wird. Das gesteuerte Element 4- ist z.B. über ein Getriebe mechanisch mit der Ausgangswelle gekoppelt und wird dadurch mitbewegt.

Die obige Betriebsweise wird unter Bezugnahme auf die Diagramme nach den Figuren 6 (a), (b) und (c) erläutert. Wenn 0c bereits als Einstell-Phasensignal 0 gemäß r"ig. 6 (< ausgewählt ist und wenn ein Arbeitspunkt P (G, 0 ), dargestellt durch die Koordinaten O, 0 , im Punkt A_Q (0 = O in diesem Zeitpunkt) auf der Kurve 0. » 0,- liegt, wo die Antriebsstufe. 3-4- nicht langer ihre Ausgangswelle dreht, und wenn das aus den Elementarsignalen S und 3 bestehende Verteilersignal S, in den Einstell-Fhasenwähler 3-2 eingespeist sowie das ^achweissignal 0g ausgewählt wird, wo also 0 = 0g wird, dann vereohiebt sich der Arbeitspunkt V in den Punkt B_Q auf der Kurve 0 - 0g. Das Treibersignal S_D 209815/0363

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entsprechend dem Einstoll-Phasensignal 0 wird in die Antriebs stufe 3-¹^ eingespeist. Jie jintriebsstuf e 3-4 dreht ihre ■Ausgangswelle in eine solche jÄichtung, daß der -ert des Treibersignals Sj, auf den Kullwert zurückgeführt wird. D.h. der Arbeitspunkt l· verschiebt sich längs der Pfeilrichtung auf der Kurve 0 = 0,- von dem Punkt 3 zu dem I-unkt T , v/o 0 = G. Da der Arbeitspunkt Tq der Sollsteilung des gesteuerten elements 4- und der Arbeitnpunkt P der Iststellung desselben entspricht, wird der N; chlauf in diesem JTaIl durch die Größe D dargestellt. Das Verteilersignal S₇. wird neuerdings in den Einstell-Phasenwähler 3-2 eingespeist und der Punkt P wird stabilisiert, wenn der den Punkt T erreicht, solange nicht

0 = 0_n. Bevor jedoch der Arbeitspunkt P den Punkt T_n erreich P / ρ υ

wird das folgende Verteilersignal S, in den V.ähler 3-2 eingespeist; wenn das Verteilersignal S₃. in weiterer Folge in den V.ähler 3-2 einläuft, ändert sich das Zinstell-Phasensignal 0_Ό von 0 = 0₆, 0^₁ 0Q, 0c, ... gemäß Fig. 6(b). Damit verschiebt sich auch der -irbeitspunkt P nach dem Linienzug Aq — B_n Ly, 3. A₀ 3_O A_x B, P^ . Jede Differenz, d.h. jeder Nachlauf, zwischen der Stellung eines Punktes T, (k:mod 10) der eine Sollstellung für das gesteuerte Element 4 entsprechend dem Einst3ll-Phasensignal 0^₊-- ^¹¹^· &^ev stellung des Punktes P ist, wird durch Dq, D- oder D- dargestellt, wenn, der Punkt P in A,,, A₀, A, liegt; er wird durch J)₇. dargestellt, wenn 0 = 0q. Jer wesentliche Inhalt der Fig. 6 (b) kann durch Fig. 6 (c) unter der annähme des Einstell-P'hasensignals 0 als Bezugsgröße dargestellt werden und unter Verwendung des Diagramms, das die Beziehung des Einstell-ihasensignals 0 zu dem Nachlauf D zeigt. Die Zeichen in Fig. 6 (c)

Tj

entsprechen denjenigen in Fig. 6 (b). Danach wird der Nachlauf bei einem Phasenwinkel erreicht, wo ein Gleichgewicht zwischen einem Änderungs-Zeit-Verhältnis in dem Punkt T, , nämlich einer: 'Taktverhältnis des Verteilersignals S, proportional zu dein. Taktverhältnis des Verteilerbefehlssignals S., und einen: Änderungs-Zeit-Verhältnis (gleich der Ist-Vorschubgeschwindigkeit des gesteuerten Elements 4-) bezüglich der Koordinate O im Punkte P ist, die Einstellung erfolgt z.B. an einer Stelle in der Nähe des Punktes für D^ gemäß Fig. 6 (c). Es wurde

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bereits· darauf hingewiesen, daß der Funkt F dem i-unkt T,

P . ^κ entsprechend der Solleteilung nicht folgen kann, wenn die Taktperiode des Verteilerbefehlssignals S_x, merklich größer als das Änderungs-Zeit-Verhältnis der Koordinate Q des Funkte P ist, bspw. wenn der Masseneinfluß des Antriebssystems bei einer plötzlichen Beschleunigung groß ist und wenn eine große äußere Kraft (z.B. der Schnittwiderstand in einer Werkzeugmaschine) plötzlich auf das gesteuerte Element 4-in einer Richtung entgegen der Vorschubrichtung einwirkt.' Dabei wird die mechanische Verzögerung innerhalb des Antriebs systems stark vergrößert, bis zu einem plötzlichen Ansteigen des Drehmonents in der Antriebsstufe 3-·^ entsprechend .dem Wert des Nachlaufs.

Nunmehr wird die durch die Erfindung erzielte Wirkung anhand eines Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Die Wirkungsweise der Stelleinrichtung mit Vielphasensteuerung ergib eine hohe Nachlaufgenauigkeit und eine geringe mechanische Verzögerung innerhalb des Antriebsteils infolge der neuartige. Gedanken der

Die Erfindung geht von einer Stelleinrichtung mit Baugruppen 1, 2 und 3 nach Fig. 1 aus, denen eine Alarmphasenstufe 5» eine Alarmstufe 6, eine Älarmsteuerstufe 7 und eine Verteiler stufe 8 zugefügt sind, die im folgenden erläutert werden.

Die Alarmphasenstufe 5 hat einen Schaltungsaufbau entsprecher dem Einst.ell-Phasenwähler 3-2 und wählt ein Alarmphasensignal 0: mit einer vorgegebenen Phasendifferenz gegenüber dem Einstell-Phasensignal 0,- aus, jeweils wenn das Verteilersigne S, eingegeben wird. Ein Schaltungsbeispiel für die. Alarmphasenstufe 5 ist in Fig. 7 gezeigt, wo die Beziehung 0, - .· 0_k_2 ^0<ier %_3 (k:mod 10) eingehalten wird, wenn 0 = 0_k (mod:10). Ein Ringzähler 5-3 entspricht dem umsteuerbaren Dezimal-Ringzähler 3-2-2 nach Fig. 5, und Torsignale C₁ C¹XjQ werden entsprechend wie die Torsignale C,. ... C^₀ erzeugt. Wenn z.B. C, den logischen Wert "1" hat und die übrigen Torsignale C . den logischen Wert "0" haben (j / k, j = 1,2 ... 10), dann hat C^ den logischen Wert "1" und die

übrigen C . haben den logischen Wert "0". Auch in Fig. 7 . ⁰ 209815/0383

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wird, wenn das Elementarsignal S₊ des Verteilersignals U-. eingespeist wird, d.h. wenn die Verteilerrichtung positiv ist, die Torschaltgruppe 5-1 in. Erregungszustand gesetzt, wobei die Erregung dem Zustand der Torschaltgruppe 3-2-1 nach i^?ig. 5 entspricht, foan erkennt, daß der einzige Unterschied zwischen den Figuren 5 und 7 darin liegt, daß das Torschaltsignal G^ und das Signal 0, im Falle der Fig. 5 miteinander kombiniert werden, wogegen im Falle der Fig. 7 das Torschaltsignal G-! und das Signal 0_k_p (k:mo?id 10) miteinander verknüpft werden. Wenn also die Verteilungsrichtung positiv ist, mit 0. " = 0τ,_2» ist 0^ = 0,. Wenn entsprechend das elementarsignal S eingegeben wird, d.h. wenn die ^erteilungsrichtung negativ ist, ergibt sich mit 0_A = 0_k+? = 0_fc_₃ (C_{k:mod 1Q}) 0_p = 0_fc. Da außerdem in der obigen Erläuterung das Torsignal C, dem Torsignal C₁ ¹ äquivalent ist und diese Signale tt4re gleiche Eigenschaften haben, kann auch in der Schaltung nach -^' ig. 7 das Torsignal C, nach Fig. 5 anstelle des Torsignals C^ benutzt werden.

Nunmehr wird wiederum auf Fig. 1 bezuggenommen. V.'enn man die Torsignale C^ ...^%C.q in die Alarmphasenstufe 5 vonseiten des Wählers 3-2 einspeist und das Elementarsignal S innerhalb des Verteilersignals S, ausläßt und weiterhin die Torsignale C. ... C¹XiQ nach Fig. 7 durch die Torsignale C^ ... C.q ersetzt, dann kann man den Hingzähler 5-3 vollständig weglasser

Fig. 8 zeigt eine vereinfachte- Ausführungsform der Alarmphasenstufe 5. Diese Alarmphasenstufe 5 umfaßt eine Torschaltgruppe 5-4· allein. Im Fall der Fig. 1 werden das Verteilersignal o, und die ^achweissignale 0^ ... 0^_Q in die Alarmphasenstufe eingespeist, wogegen im Fall der Fig. 8 nur die Torsignale G^.. C^q sowie die Nachweissignale 0^ ... 0._Q in die Alarmphasenstufe eingegeben werden.

Kach Fig. 8 wird das Torsignal C^ mit dem Signal 0, -, (k:mod 1C kombiniert; wenn folglich das Verteilersignal S, aus den Elementarsignalen S und S besteht, d.h. wenn die Verteilerrichtung positiv ist, ergibt sich mit 0_A = 0_k_z (k:mod 10) 0 = 0_k; bei negativer Verteilerrichtung erhält man mit 0^ = 0^._χ

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(k:mod 10)0 =

Das Alarmphasensignal 0· , das auf diese V/eise ausgewählt v;ird, wird nach Fig. 1 in eine Alarmstufe 6 eingespeist, die den bekannten Diskriminator und Leistungsverstärker enthält. Jie Alarmstufe 6 erzeugt ein Alarmsignal ö^. V.enn ferner der /ielphasendetektor 3-1 kein Induktionsdetektor wie ein ^ynchrondetektor ist, sondern wenn die Nachweissignale JZi^ ... 0^q in dem Vielphasendetektor 3-1 als Signale erzeugt werden, die nicht in der Phase diskriminiert werden brauchen, z.2. ±:ü valie eines Vielphasendetektors 3-1 aus einem stator mit 10 Hall-Jparmungselementen und einem magnetischen Dipolotor, wo die liall-opannung generatoren mit Signalen beschickt werden, die einen vorgegebene Gleichspannungspegel aufweisen, können die Alarmstufe 6 und der Fhasendiskriminator 3-3 durch Verstärker ersetzt werden.

Die Alarmsteuerstufe 7 erzeugt das Verteilersteuersignal 3-, jeweils wenn die Größe des Alarmsignals 3^ in einer bestimmten Beziehung zu einem 'Bezugssignal S^ steht. Das Verteilersteuersienal Öf liegt an ta ^rbeil§rst§u§r§tufe. a a.n, die das Vorteilerbefehlssignal .S_x. an einem Eingang erhält und ein gesteuertes Verteilerbefehlssignal Sp abgibt.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Alarmsteuerstufe 7· ^i^ Differentialverstärker 7-1 erhalt als Eingangssignale eine feste Bezugsspannung S-n, die als Pegel zur Einstellung des Arbeitspunktes des Verstärkers 7-1 dient, sowie das .alarmsignal S. ; ein Ausgangssignal 8^__^ wird in einen Schmitt-Trigger 7-2 eingespeist. Das Signal 3^_^ ist gleichphasig mit dem Alarmsigna S^ und zeigt den Unterschied zwischen demselben und dem Bezugssignal S_fi an. Der Ausgang des Schmitt-Triggers 7-2, nämlich der Signalwert des Verteilersteuersignals S,-, hat den·.logischen Wert "0", wenn die Größe des Signals S^_^ den Schwellenwert des Schmitt-Triggers übersteigt.

Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform der Verteilersteuerstufe 8 mit einer Synchronisierungsstufe 8-1 und einer Und-Schaltung 8-2 Das Ausgangssignal S_c der Synchronisierungsschaltung 8-1 hat den logischen Wert "0", wenn das Verteilersteuersignal 3,- den

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logischen w'ert "1" hat, und sperrt dann die Torschaltung 8-2. Infolgedessen unterbricht die Torschaltung 8-2 die Erzeugung des gesteuerten Verteilerbefehlssignals 3p. Wenn im Gegensatz dazu das Verteilersteuersignal S,- den logischen V.ert "O" hat, hat das Aus gangs signal S der Schaltung S. den logischen V.ert "1" und schaltet die jorschaitung 8-2 in ihren Durchleb zustand. Jeweils wenn des Verteilerbefehls signal S_x. an der Verteilersteuerstufe ί anliegt, kann das gesteuerte Verteilerbefehlssignal 3~ erzeugt werden. Die Schaltung 8-1 bewirkt in an sich bekannter '-.eise eine derartige oynchronisierung, da2 der Zustand des Signals 5 nicht dann seinen. Wert wechsel" wenn gerade das Verteilerbefehlssignal S. eingespeist wird.

Die Arbeitsweise der stelleinrichtung nach der Erfindung gemäß den .Figuren 1, 7» 9 "und 10 wird nunmehr anhand der figuren 11 (a), (b) und (c) für eine positive Verteilungsrichtung erläutert. In diesen i'iguren ist die Beziehung zwischen dem Nachlauf B und dem Alarmphasensignal 0, und den

.ix

j^instell-ihasensignal 0 erläutert; ferner ist das Alarmsignal

• P
S^₁ das durch Phasendiskriminierung des ^.larmphasensignals 0., und des Bezugssignals S-, erhalten ist, sowie das Verteiler· steuersignal S^ dargestellt, i'ig. 11 (a) zeigt die Beziehung zwischen den Nachlauf und den Arbeitspunkt P , der auf einer Kurve liegt, die das ausgewählte ^iinstell-Phasensignal 0 (= 0T ) darstellt, sowie die Beziehung zwischen deai .^rbeitspunkt P und dem Alarr.punkt P, , der auf einer Kurve entspre-

P ·"■

chend dem Alaraphasensignal 0^ (= ^^2} P und P. in den Funkten Pq (stabiler Arbeitspunkt) und -iq liegen, hat der I,'achlauf D einen löillwert. Pig. 11 (b) zeigt die Beziehung zwischen den Signalen S^, S-^ und &ι±_λ· ''-em^ z.B der V.ert des Bezugssignals auf den I\ullwert ausgewählt ist und wenn der Schwellenwert des Schmitt-Triggers 7-2 ebenfalls auf den Kullwert eingestellt ist, ist das Signal S^- für den ^rbeitspunkt A_Q positiv. Folglich erhält in i'ig. 9 das Verteilersteuersignal S,., welches das Aus gangs signal der Schaltung 7-2 ist, den logischen Zustand "0".

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■/nenn in Fig. 1 das Verteilersignal S, in die Antriebseinrichtunj für eine positive Kichtvjig vonseiten des Verteilers 2 eingespeist wird und eine höhere Drehzahl für die Antriebseinrichtun, verlangt, entsteht ein 1.achlauf D und der Arbeitspunkt P wandert aus dem Punkt Pq aus, vgl. Fig. 11 (a); er erreicht die Punkte P^,, Pp und im Ibc1;remfall P-,. Dem entspricht jeweils ein zunehmender Kachlauf D_x., D-, D,. Das Alarmsignal S^ ändert jedoch nach Fig. 11 (b) sein Vorzeichen in einem Wendepunkt entsprechend Pp; gleichzeitig ändert sich der Zustand des Verteilersteuersignals Sr von dem logischen Wert "0" auf den logischen wert "1", Fig. 11 (c). Wenn das Verteilersteuersignal Sr den logischen Wert "1" hat, wird das gesteuerte Verteilerbefehlssignal Sp nicht erzeugt, wie anhand der Fig. 1G erklärt wurde, unabhängig davon, ob das Verteilerbefehlssignal o,, auftritt; da also das Verteilersignal S, nicht langer erzeugt,wird steigt der Nachlauf nicht an. Der Punkt P in Fig. 11 (a) schre tet zu einem stabilen Punkt Pq in Pfeilrichtung 3 aufgrund der Einwirkung der Antriebseinrichtung 5 (Fig. 1) fort, wie dies anhand def j?ig. 6.(e) erklärt wöfden ist. Der entsprechende Punkt P. verschiebt sich von A_Q in Pfeilrichtung B; wenn der Punkt P dem Punkt Pq näher liegt, als der Punkt p2» ist der Rachlauf abgesunken und kleiner als der 'Wert D- gev/orden. In diesem Zeitpunkt erreicht das Signal S^* nach Fig. 11 (b) einen positiven Wert, und das Verteilersteuersignal Sc- nimmt folglich den Wert "0" an (Fig. 11 (c)). Dann werden nach Fig. die Signale Sp und S, wiederum in Abhängigkeit von dem Verteilerbefehlssignal S_x. erzeugt, und der Kachlauf steigt an. Wenn jedoch der Kachlauf zunimmt und größer als der V/ert D£ wird, wird wiederum kein Verteilersignal S, gemäß der obigen Erläuterung erzeugt, und die Antriebseinrichtung 3 ist im Sinne einer Verringerung des Nachlaufs wirksam, .kit der Wiederholung dieses Verhaltens nimmt die in der Antriebseinrichtung gespeicherte kinetische Energie zu, und die Trägheitswirkung des Antriebssystems wird herabgesetzt. Damit wird die Änderungsgeschwindigkeit des genannten Drehwinkels O nahezu im Gleichgewicht mit dem Takt-Zeit-Verhältnis des Verteilersignals

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3-, gehalten, und der W ε chi auf bleibt innerhalb eines Bereichs unterhalb des wertes D^, wo das Verteilersteuersignal S₁- den logischen Wert "O" hat.

Aufgrund der obigen Beechreibung ist folgendes zu beachten:

1. Solange das von den Alarmphasensignal 0-, das eine vorgegebene Phasendifferenz gegenüber dein Einstell-Phasensignal 0 hat, abgeleitete Alarmsignal S^ eine vorgegebene Beziehung gegenüber einem Bezugssignal S_fl einhält, kann der Kachlauf nur kleiner werden; dabei wird der Kachlauf in der Nähe eines Y.ertes D^ gehalten.

2. Selbst wenn die Antriebseinrichtung eine Beschleunigung bewirkt, d.h. wenn der Trägheitseinfluß des Antriebssystems nachteilig wirksam ist, wird der '.Vert des Kachlauf, immer in der Gegend von Do gehalten; damit ist der V/ert des Treibersignals S^ entsprechend dem Punkt P (Q, 0 ), das in die Antriebsstufe eingespeist wird, nahezu konstant

Aufgrund der obigen Erläuterung wird es'aus der obigen Angabe 1) verständlich,' daß nach der Erfindung eine hohe Ngchlaufgenauigkeit erreicht wird. Nach der Angabe 2) ist die Größe eine: mechanischen Verzögerung innerhalb der Antriebseinrichtung weitgehend ausgeglichen. Wenn außerdem das Bezugssignal S_R und der Schmitt-wellenwert von "O" verschieden sind, wenn z.B. S_R = O und der Schmitt-Schwellenwert = Sm angesetzt werden, dann wird die Breite des "O"-Intervalls des Verteilersteuersignals S₁- schmal, entsprechend der Breite AiN; ein gleiches Ergebnis erhält man, wenn S„ = S™ und der Schmitt-Schwellenwer =0 gesetzt werden.

Im folgenden wird anhand der Figuren 1, 7» 9 und 10 der Pail einer negativen Verteilungsrichtung erläutert, Fig. 12 (a), (b) und (c) zeigen die Beziehung zwischen dem Nachlauf und dem Arbeitspunkt P (θ, 0 ) und dem Alarmpunkt P^ (£, 0^) sowie zwischen dem Alarmsignal S^ und einem -Bezugssignal S^ ■ bzw. dem Verteilersteuersignal S₄-, die bereits anhand der •Fig. 11 erläutert worden sind. Die Figuren 12! (a), (b) und(c)

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-13-.

entsprechen jeweils den Figuren 11 (a), (b) und (c). Unterschied zwischen der negativen und positiven .Verteiler-, richtung liegt darin, daß für das linste11-1hasensign&l. j£ 0, das Alarmphasensignal 0^ = 0_k_2 ^mit einem positiven »ert und 0. = 0, -z für einen negativen .Vert ausgewählt ist. ..enn folglich der Wert des Bezugssignals ^ "0" ähnlich wie in dem vorigen Ausführungsbeispiel gesetzt und wenn ebenso der Schmitt-Schwellenwert auf "0" festgelegt wird, wird das S. y., das zu dem Signal 0_A = ^v-3 ol^eicnP^l:ias;i-G ist, in den Schmitt-Trigger eingespeist, Fig. 9· ^as weitere Verhalten entspricht dem oben beschriebenen Fall einer positiven Verteilerrichtung; der Nachlauf bleibt weitgehend innerhalb des Bereichs in der Nähe des Wertes D£ e^eE1^ß Fig. 12 (a).

Im folgenden wird die Arbeitsweise einer AUsfuhrungsform der Erfindung nach den Figuren 1, 8, 9 und 10 erläutert. ..enn die Verteilerrichtung entsprechend den Figuren 7 und. 11 positiv ist, wird als Alarmphasensignal 0^ das Signal 0^2 ausgewählt, wenn das Einstell-Phasensignal 0 = 0, ist. Wenn andererseits

. P ^K

die Verteilerrichiung nach den Figuren 7 und 12 negativ ist, wird das Alarmphasensignal 0_A auf 0_k_z eingestellt, wenn das Einstell-Phasensignal 0 = 0_V ist. Aufgrund der Abhängigkeit

P *■
eines positiven oder negativen Nachlaufs in Verteilerrichtung fallen beide Werte in einen schmalen Bereich der Breite D_?. Damit der Nachlauf für eine positive Verteilerrichtung möglichst gleich dem Nachlauf für eine negative Verteilerrichtun[ ist und damit die Alarmphasenstufe 5 durch die gegenüber Fig. 7 wesentlich einfachere Schaltung nach Fig. 8 verwirklicht werden kann, wählt man vorteilhafterweise ein Alarmphasensignal 0_A, das möglichst genau eine Phasenverschiebung von 9Ö°gegenüber dem Einstell-Phasensignal 0 aufweist. V/enn z.B. der Ausgang des genannten Detektors 10 Phasenstufen aufweist, wo gilt 360°/10 χ 2 - 90° = - 18° und 360°/10 χ J - 90° » 18°, wählt man besser das Alarmphasensignal 0_A mit einer Phasendifferenz von 90° + 18° = 108° oder 90° - 18° -72°, d.h. das Phasensignal 0_A ■ 0j- oder 0_A » 0_k_2 ^für 0_ » 0^. Ee folgt nunmehr die Erläuterung eines Ausführungsbeispiels, wo das Alarmphasensignal 0_A mit 0^-3 der Ausführungsform nach J¹Ig. 8 ausgewählt ist. Fig. 13 zeigt 209816/0363

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ι eine Beziehung zwischen dem Nachlauf und dem Arbeitspunkt P (G-, 0 ) und dem Alarmpuikt P. (β, 0,-) sowie zwischen dem Alarmsignal 3^ und dem ;ezugssignal 3^ oder dem Verteilersteuersignal Ot-j jeweils entsprechend den Darstellungen der Fig. 11. Fig. 13 (a) zeigt eine Beziehung zwischen dem Arbeitspunkt P , der auf der iv.irve entsprechend dem ausgewählten Einstell-Phasensignal 0 . = 0·, liegt, und dem Kachlauf sov/ie eine Beziehung zwischen dem Alarmpunkt P , der auf der Kurve entsprechend dem Alarmphasensignal 0^ = 0^ 2 liegt, und ebenfalls dem Kachlauf. Senn die tunkte P und P, jeweils in den

P Ji

Punkten Pq (stabiler Punkt) und Aq liegen, hat der Kachlauf einen verschwindenden "..ort. Fig. 13 (t>) zeigt eine Beziehung zwischen den Signalen S. , S-, und S^ ^ für den Fall, daß der ".Vert des Bezugssignals 3_R zu "O" gewählt ist. und der Schmitt-Schwellenwert, des Schmitt-Triggers 7-2 ebenfalls auf "O" eingestellt ist. Fig. 13 (c) zeigt die Beziehung zwischen dem Nachlauf und dem Verteilersteuersignal S_n-, das in dem Schmitt-Trigger erzeugt wird. In gleicher '.'.'eise, wie bereits anhand der Figuren 11 und 12 erläutert, wächst der Kachlauf nicht über den V.ert D. an, wenn die Verteilerrichtung positiv ist, und nicht über den '.Vert D~, wenn die Verteilerrichtung negativ ist. Da im Hahnen dieses Ausführungsbeispiels D_x. > D-, liegt der Kachlauf immer innerhalb der Spanne D_x.. Venn nach den Figuren 13 (a) und (b) der Wert des Bezugssignals 3_ß auf den V.ert S'„

ausgewählt wird, wird der Kachlauf D ¹^. und D ¹^, womit der Nachlauf auf den kleineren Wert D' y. gegenüber dem maximalen Kachlauf D_x. infolge der Wirkung des Bezugssignals S^ zurückgeführt wird. Durch eine solche Auswahl des Bezugssignals 3_Ώ wird der maximale Kachlauf festgelegt.

Es- wird nunmehr eine Auoführungsform der Erfindung sowie deren V/irkungsweise erläutert, wo der Phasenunterschied zwische dem Einstellphasensignal 0 und dem Alarmphasensignal 0- zu

P ·**■

O ausgewählt ist. Da die -beziehung 0 = 0. zwischen dem Signal

P ■"■ 0 und 0_f eingehalten wird, kann man nach Fig. 1 das Einste11-

P-¹¹
Phasensignal 0 des Einstell-Phasenwählers 3-2 anstelle des Alarmphasensignals 0_A vonseiten der Alarmphasenstufe 5 in die¹ Alarmstufe 6 einspeisen, so. daß die Alarmphasenstufe 5 voll-

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ständig weggelassen werden kann. Lan muß jedoch eine zucützlicl Schaltung nach Fig. 14 für die Alarmsteuerstufe 7 vorsehen. Die baugruppen dieser Zusatzeinheit umfassen einen Schmitt-Trigger 7-3, Nicht-Sche.ltungen 7-4 und 7-5, sowie Torschaltungen 7-6 und 7-7, die jeweils die logische Summe der Ausgangssignale der Schaltungen 7-4 und 7-5 "bilden. Entsprechend der gewählten Anordnung wird der Eingang der Schaltung 7-2 rait dem Ausgangssignal S^_-- einer Seite des Differentialverstärkers 7-1 beschickt, dessen aus gangs signal 7^_2 E^eS^enP^nas:i-S zu dem Ausgangssignal Su * ist. Der Pegel des Bezugssignals 3-^ wird auf 0 eingestellt, und die Schwellenspannungen der Schmitt-Trigger 7-2 und 7-3 werden auf den Wert 3™ nach Fig. .15 (b) eingestellt.

Für diese Ausführungsform der Erfindung zeigen die Figuren ■ 15 (a), (b) und (c) die Beziehung zwischen dem Wachlauf und dem Arbeitspunkt P (O, 0 ) und dem Alarmpunkt P^ (O, 0^), zwischen den Signalen ^u« und S. p, &ie jeweils dem Unterschied zwischen <\em Alarmsignal S^ und dem Bezugssignal S^ entsprechen, sowie* zwischen dem Schmitt-Schv:ellen;vert 3™ bzw. dem Verteilersteuersignal Sj-. Diese Figuren entsprechen jeweils den Figuren 11 (a), (b) und (c) gemäß der obigen Erläuterung.

Wenn in Fig. 15 (a) der Kachlauf kleiner als Dp ist, wenn z.B. der Punkt P, mit dem Punkt A^ übereinstimmt, liegen die Pegel der Signale S^* und S_x ρ unter dem Pegel S^ nach Fig. 15 (b); damit befinden sich die Ausgangssignale der Schaltungen 7-2 und 7-3 nach Fig. 14 beide im logischen Zustand "1". In diesem Zeitpunkt haben die Ausgangssignale der Nicht-Schaltungen 7-4- und 7-5 jeweils den logischen Wert "C", und das Verteilersteuersignal Sr, das die Ausgänge der Torschaltungen· 7-6 und 7-7 kombiniert, hat den '»Vert "O" gemäß Fig. 15 Cc). Wenn andererseits nach Fig. 15 (a) der Kachlauf größer als der 7-ert D£ ist, wenn z.B. der lunkt P^ auf den Punkt A, zu liegen kommt, übersteigt der 1egel des Signals S^_o den Wert S^. Der Zustand des Ausgangssignals der Schaltung 7-3 erreicht den logischen Wert "O" und das Verteilersteuersignal Sj- erhält den logischen '.Vert "1" nach Fig. 15 (c). Da die Beziehung

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zwischen dem Kachlauf u id dem Zustand des Verteilersteuersignal S₁- in der Sähe des Punktes A_Q nach beiden x^iguren 11 und 15 gleich ist, erkennt man, daß die Anordnung gemäß der vorliegenden Aus führungs form der Erfindung eine gleiche .-'irkungs weise, wie anhand der Fig. 11 erläutert, hat. ./enn jedoch die Nachweis signale in der Praxis ungleichmäßig sind, wenn I\achv;eis-signale mit niedrigem Pegel gem^:iß den gestrichelten Linien in Fig. (a) ausgewählt werden, .vird das entsprechende Verteilersteuersignal Sr durch die gestrichelten Linien in Fig. 15 (c) dargestellt; der Punkt A^ entspricht dem irunkt A' , und er wird ungleichmäßig, wobei Dp nach D'p gemäß Fig. 15 (a) zu liegen kommt. Wenn andererseits ein Nachweissignal mit zu hohem Pegel ausgewählt wird, wird D, nach Fig. 15 (a) kleiner. Im Extremfall wird dieser Wert kleiner als ein Wert, der einer Verstellstufe des gesteuerten Elements entspricht. Bei Auswahl eines solchen Nachweissignals wird das Verteilersteuersignal S₁- ■ sofort erzeugt. Wenn darauf das Nachweissignal mit zu hohem Pegel andauert, wird das Verteilersteuersignal S₁- jedesmal erzeugt, wo ein n,eues Nachweis signal ausgewählt wird. Infolgedessen wird der mittlere Wert der Takt-Zeit-Dichte des gesteuer ten Verteilerbefehlssignals Sp merklich herabgesetzt, so daß unerwünschterweise die Anstiegszeit der Antriebseinrichtung vergleichsweise groß wird. Wenn die Pegel der Nachweissignale immer im Hahmen der vorgeschriebenen Spannen gleich sind, kann diese Ausführungsform dor Erfindung den besten Wirkungsgrad aufweisen.

Die in Fig. 16 und den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsformen besitzen einfache Zusatzschaltungen, die sich während einer Beschleunigungsspanne vorteilhaft bemerkbar machen und ebenso während einer Verzögerungsspanne. '

Fig. 16 zeigt eine Zusatzeinrichtung, die sich gegenüber Fig. durch folgende Elemente unterscheidet: Eine Steuerstufe 9 verwertet das Verteilersteuersignal S₁- als Eingangssignal und ein Verzögerungs-Befehlssignal S^ von einem äußeren Gerät als Steuersignal; Ausgangssignal ist ein abgewandeltes Verteilerbefehlssignal Sg. Eine weitere Schaltetufe 10 wird mit dem Verteilerbefehlssignal S^ beschickt und erzeugt ein Verteiler-

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befehlssignal S₁₇ für niedrige Geschwindigkeit, dessen lakt-Zeifc-Verhültnis der Vo^schubgeschwindigkeit des gesteuerten Elements, das abgebreimt v/erden soll, entspricht, ^ie geringfügige Abwandlung der -eitungsfilhrung bedingt, daß das abgewandelte Verteilersteu'irsignal G^ anstelle des Verteilersteusr signals S_n- der Verteilarsteuerstufe 3 zugeführt wird. Aui'ierder;:

P mit

ist die aus gangs leitung der Schaltstufe 11/aer .nusgangs leitung der Verteilersteuerstufe 8 zusammengeführt. Schließlich wird ein Signal S₁-. als logische oumme des gesteuerten '/erteilerbefehlssignals 3p und les gesteuerten Verteilerbefehlssignals Og für niedrige Geschvr.idigkeit anstelle des gesteuerten Vertei lerbefehlssignals 3p dem Verteiler 2 eingegeben.

Fig. 17 (a) zeigt eine Ausführungsform der Jteuerstufe 9· Dieselbe, umfaßt bekannte Und-ochaltungen 9-1 und 9-2 sowie Nicht-Schaltungen 9-3 und 9-4. Das abgewandelte Verteilersteuersignal 5g., das durch die folgende logische Gleichung (1) und άίθ V.erte d§r Taoelle 1 darsesüellt γ/ira, unter /erwendung des VertTeilersteuersignals S_K und des Verzcgerungsbefehlssignals S^:

	S6 = s:	T	S + 3L- abelle 1
(logischer	Zustand = ^ j	des	Signals S s- -o
3L = 1 57 = ο	0 1		1

?ig· 17 (b) zeigt eine: Ausfuhrungsform der Schaltstufe 10 mit einem bekannten Sperrschwinger 10-1 und einer ebenfalls bekannten oynchronisiorungsschaltung 10-2. Der Sperrschwinger 10-1 erzeugt ein Ausgangssignal S„_. mit einem •Takt-Zeit-Verhältnis entsprechend der Vorschubgeschwindigkeit des

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gesteuerten Elements, das verzögert werden soll; die Schaltung 10-2, die mit dem 3ign?.l S₇ ^ erregt wird, erzeugt das Verteilerbefehlssignal S₇ fi'r geringe Geschwindigkeit, derart, daß die ^ri?aktzeiten der Signale So_-,, und S_x. miteinander übereinstimmen.

Fig. 17 (c) zeigt eint- Ausführungsf or ic der Schaltstufe 11 mit einer Und-Schaltung 11-1 zur Erzeugung eines Verteilerbefehlssignals Sg für niedrige Geschwindigkeit, wenn das Verteilerbefehlssignal S₁-, für niedrige geschwindigkeit und das Versögerungsbefehlssignal S-r , d.h. gleichzeitig die logischen Werte "1" in den Verteiler 2 eingespeist werden. Infolgedessen haben die Signale 3^, S2 und 3_O die zeitliche Beziehung nach JJ¹Ig. 17 (ά).

V.enn nun die Alarmpha£:enstufe, die .^larmsreuerstuf e und die Verteilersteuerstufe cen ^ufbau nach den figuren 8, 9 und 10 haben, ergibt sich unter Zufügung der Schaltung nach 5¹Ig. 16 die folgende'.'.'irkui.gs'.veise:

Die figuren 16 (a), (L) und (c) entsprechen jeweils der Fig. 13 und zeigen die Beziehung zwischen dem nachlauf und dem Arbeitspunkt P (^, jS ) sowie den ^lari&punkt I- (6, 0_), zwischen dem alarmsignal S^ und dem Eezugssignal S^, sowie die Beziehung des Verteilersteuersignals S₁-. Das Einstellihasensignal 0 , das a.larmphasensignal 0,, die ^rbeitspunkte Pq ... I_, Aq ... Ap nach ?ig. 13 (a) entsprechen jeweils dem Üinstell-Phasensignal 0^, dem Alarmphasensignal 0.- und den Arbeitspunkten Pq ... Pp, Aq ... Ap in ?ig. 13 (a); das signal Sy^ _Λ , das Bezugssignal 3-, und das Verteilersteuersignal Srnach den Figuren 18 ("b) und (c) entsprechen jeweils' den gleichen Signalen nach der. Figuren 13 (b) und (c) . V.'enn nicht das Verzögerungsbefehlssignal S^ in dem logischen ..ert "O" zugeführt wird, wird Ire in gesteuertes Befehlssignal 3,- für

niedrige Geschwindigkeit in der Schaltstufe 11 erzeugt, abgewandelte Verteilersteuersignal S^- der Steuerstufe 9j wodurch Sg durch die obige logische Gleichung (1) ausgedrückt wird, ergibt S = 3 · infolgedessen entspricht die Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig. 18 derjenigen der /vus-

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führungsform nach Fig. 13· .'.enn dann das Verzögerungsb'jfehlssignal S,- mit dem logii chen Wert "1" in die »Jteuc-rstuf e ^cj eingespeist v;ird, wo der Arbeitspunkt i. · im i-unkt r-, nach

P j

Fig. 18 (a) gelegen ist, dann erzeugt die Steuerstufe 9 das abgewandelte Verteiler.^c;teuersigral S^ nach der logischen Gleichung (1), da das Verteilersteuersignal S₁- ira logischen Zustand "0" nach Fig. 13 (c) vorliegt. Die Verteilersteuerstuff δ empfängt das abgewandelte Verteilersteuersignal o_c und unterbricht die Erzeugung dos gesteuerten Verteilerbefehlssignals Sp. Andererseits erzeugt die Schaltstufe 11 das gesteuerte Verteilerbefehlssignal Sg für niedrige Geschwindigkeit, da das Verzögerungsbefehlssignal S- auftritt. In diesem Zeitpunkt wird Sq = Sg. ".Venn in der Schaltung nach Fig. 1 das gesteuerte Verteilerbefehlssignal S~ unterdrückt v/ird, arbeitet die Antriebseinrichtung im Sinne einer Verringerung des Nachlaufs D,, so daß sich der Arbeitspunkt P in Richtung des stabilen Punkts Pq verschiebt. Da jedoch die kinetische Energie des Antriebssystems groß ist und da, wenn das Takt-Zeit-Verhältnis des gesteuerten Verteilerbefehlssignals Sg für niedrige Geschwindigkeit, das' anstelle des gesteuerten Verteilerbefehls-

i\. _L G J- *■*

signals 3~ erzeugt wird, genügenVirn Vergleich zurr: Takt-Zeit-Verhältnis des gesteuerten Verteilerbefehlssignals Sp ist, die Bewegung des gesteuerten .Elements 4, das sich in einem Gleichgewichtszustand bei de:.'i zuletzt genannten Verhältnis befindet, viel schneller als zuvor ist, überschreitet der Punkt r den

■.Vert Pq und nähert sicli dem Punkt P^ (Fig. 18 (a)). Infolgedessen wird in der antriebseinrichtung ein Nachlauf in umgekehrter Richtung erzeugt, der im Sinne einer Rückstellung auf den Punkt P_Q wirkt und damit eine starke Dämpfung innerhalb des Systems bewirkt. Wenn jedoch die kinetische Energie des Antriebssystems außerordentlich groß ist, übertrifft sie die Dämpfungswirkung und verschiebt den Arbeitspunkt·P von P^ über ?2 nach Pr. Damit steigt der f»achlauf an und der Punkt P. verschiebt sich von A^ nach k_o und A_c entsprechend dem Punkt P . In diesem Au3führungsbeispiel wird für Punkte oberhalb P_p, das als Wendepunkt anzusehen ist, ein Alarmsignal

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3 kleiner als das ije:;u£ssignal ο _, nach Fi^-. 13 ("L) ausgelöst so daß das Verteilersteuersignal S₁- den logischen v'.ert "1" na< Fig. 18 (c) erhält. Dr. das Verzögerungsbefehlssignal 3- den logischen .Vert "1" beibehält, nimmt das abgewandelte Verteilerbef ehlssignal 3,- n: ch der logischen Gleichung (1) den logischen 'wert "0" ein. D:.e Verteilersteuerstufe 3 nach Fig. 16 erzeugt das gesteuerte; Verteilerbefehlssignal S^. x-'olglich wird das Verteilersignal S₇ erzeugt und der I unkt I, nach dem Punkt ΐ-y verschoben, l.onn der Sachlauf kleiner als die Größe Dp wird, erreicht das ^erteilersteuersignal Z₁- wieder den logischen '.Vert "0", und das gesteuerte Verteilerbefehlssignal Sp wird unterdrückt. Damit verschiebt sich der Punkt P wiederum nach dem Punkt Po.

Bis die genannte kinetische Energie aufgrund der wiederholten Wirkung verbraucht ist, bleibt der Arbeitspunkt P in der · Nähe des Punktes fpj während dieser Zeitdauer hat das gesteue: te Element 4 einen großen Einfluß auf den Dämpfungsvorgang. Nach Verbrauch der kinetischen Energie liegt der Arbeitspunkt P nicht länger über dem Punkt Po und das gesteuerte Element 4 erhält eine Vorschubgeschwindigkeit entsprechend dem i'akt-Zeit-Verhältnis des gesteuerten Verteilerbefehlssignals C_ß für niedrige Geschwindigkeit. Der Kachlauf im Verzögerungszeitpunkt dieses Beispiels wird innerhalb der Schranke Dp gemäß .Fig. 18 (a) gehalten. Wenn ferner das Takt-Zeit-Verhältnis des gesteuerten Verteilerbefehlssignals Sp kleiner als das Takt-Zeit-Verhältnis des Verteilerbefehlssignals S„ für niedrige Geschwindigkeit ist, ergibt sich, daß kein Verzögerungsbefehlssignal St an der Schaltstufe nach Fig. 16 anliegt da keine Verzögerung urforderlich ist. Schließlich, wird ein Beispiel einer Generatorschaltung für das Verzögerungsbefehls· signal S^ erläutert, das im vorigen bereits genannt worden ist. Fig. 19 zeigt den Aufbau eines Generators für das Verzögerungsbefehlssignal Sj, und die Figuren 20 (a), (b), (c) und (d) geben Signale an, die durch den Generator für das Verzögerungsbefehlssif.nal S- erzeugt werden. Nach Fig. 19

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2G -

verringert ein z-ähler 19-1 mit vorgegebenem ZäLlerinh^lt, in aeir: die anzahl "n" des 7erteilersio;nals S- vcreinrestellt ist, den Voreinstellvvort "n" jeweils schritt;·.'.eise, v;enn das Verteilersi^jnal S- erzeugt v;ird. Ein an sic L "bekannter Digital-Analog;-., andler 19-2 benutzt Ziffersteilen unterhalb des vorgegebenen Wertes und erzeugt ein Spannungssignal -^g* entsprechend der Ziffc-ranzahl; ein Beispiel dieses Soannun^ssignals 3^q ^ ist in ..'ig. 20 (a) gezeigt. ^In weiterer Ώ±£±- tal-Analog-Wandler 19-3 erzeugt ein Spannungssi^nai Z*<\_2 entsprechend einem Tait-Zeit-Vernältnis des Verteilerbefehlssignals 3., wovon ein Beispiel in iig. 2C (a) gjezei-jt ist. Ein Differentialverstärker 19-^ erzeugt ein -»pannungssignal ^S19_3 (^iS· 20 (a)) entsprechend den Differenzen zwischen den Spannungssignalen 3_y,q__/. und den Spannungs signal en S*_r .^. Ein Schmitt-Trigger 19-5 erzeugt ein Ausgangssignal ^c_4 mit einem logischen «Vert "1", wenn das Ausgangssignal S._G ,

-/ⁿ f iy~? den ochmitt-ochwellenv/ert übers te igt. /iig. 20 (b) wird das Signal S.q_^ für den .Jail gezeigt, daß der ochmitt-Schv-ellenwert den V/ert "0" hat. Wenn die Zifferwerte einsciilierilich oberhalb des vorgegebenen 7/ertes alle den '.Vert "C" haben, gibt eine Schaltung 19-6 aus TJnd-Schaltungen ein «usgangssignal 3*q_c ^m^ dem logischen Wert "1" ab, Fig. 20 (c).

vVenn beide Aus gangs signale Syio_4 ¹¹¹¹^^- ^1Q-S ^^en logischen .Vert "1" haben, erzeugt eine Und-Schaltung 19-7 das Verzögerungsbefehlssignal S^ nach 5"ig. 20 (d). Danach wird dasselbe einerseits in Abhängigkeit von dem Takt-Zeit-Verhältnis des Verteilerbefehlssignals S,. und andererseits von dem Speicherwert des genannten Zählers erzeugt. Ein Generator zur Urzeugung des Verzögerungsbefehlssignals St nach Fig. 19 ist in dem Verteiler 2 einer numerischen Stelleinrichtung enthalten, so daß das Verzögerungsbefehlssignal S^ aus dem Verteiler 2 abgeleitet werden kann.

Anhand der Figuren wurde ein Ausführungsbeispiel mit einer Antriebseinrichtung und einer zusätzlichen Baugruppe nach der Erfindung aus mehreren Schaltstufen, der Alarmphasenstufe, der Alarmstufe, der Alarmsteuerstufe und der Verteilersteuer-

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stufe beschrieben, di·; der .^ntriebG einrichtung zugeschaltet ..aran. hoi;.Dinatior.en von ociialtstufer. und ^au^ru^en nac der -rfindung·führen :.;u zahlreichen ^usführun-alori^en. ..enn s.^.. in einer susariiLe gesetzten digitalen Jtcuereinrichtun^, v.o ein Verteilersirnal für rr.elix'ere ^chser., z.B. -υ-, , ο-, lii.d ^-^^ Tür die x-^.^r--und :-Achse ot-gu^t; v;ird und die oben ^eniu.n te AntrieiDSoinrichtim ■ für eine ^ede Achse zur λ.ι*ζ j^jun^ eine. dreidiraensionaien Ξοιν jui~~ des ^es^euorcen ^ier.ents voi-^oce.;-; ist, kann man die 3au· lexento nach der Erfindung für eine ~ede ^ntriecseinricht-^r.^ vorsehen; ^jev:eils ein oi^nsl entsprechend der logisch»-η ouir.rne der Verreilersteuersi^naie <3_:r.^, S- und 3- , die für .^rede Achse abgeleitet v.erüen, lie--ν an den betreficnden Vert- iiersteuerstufen anstelle eines einzigen Verteilersteuersi_;;nals Sj- an.

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Claims (5)

Patentansprüche

1. Digitale Stelleinrichtung mit Vielphasensteuerung unter Verwendung einer Verteilerbefehlseinrichtung zur Erzeugung eines Verteilerbefehlssignals mit einer Wiederholungsperiode von l/Soll-Vorschubgeschwindigkeit aufgrund eines von außen anliegenden ersten Informationssignals und zur Vorgabe der Soll-Vorschubgeschwindigkeit für das gesteuerte Element, eines Verteilers zur Erzeugung eines Verteilersignals, das jede Änderungsstufe und Richtung in der Stellung des gesteuerten Elements aufgrund eines zweiten Informationssignals angibt, das die Art der Verteilung festlegt, einer Antriebseinrichtung mit einem an eine Antriebsstufe angekoppelten Vielphasendetektor zur Erzeugung einer Vielzahl von Nachweissignalen mit jeweils vorgegebenen Phasenunterschieden, mit einem Einstell-Phasenwähler zur Auswahl aufeinanderfolgender Einstell-Phasensignale entsprechend den Phasenstufen der Nachweissignale in Abhängigkeit von dem Verteilersignal, mit einem Phasendiskriminator und einem Leistungsverstärker, sowie mit einer Antriebsstufe, an die das gesteuerte Element angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, *daß zwischen die Verteilerbefehlseinrichtung (1) und den Verteiler (2) eine Verteilersteuerstufe eingeschaltet ist, die zusätzlich von einem Verteilersteuersignal gesteuert wird, das aus einem Alarmphasensignal abgeleitet wird.

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alarmphasenstufe (5) dem Vielphasendetektor (3-Ό nachgeschaltet ist und mittels des Verteilersignals ein Alarmphasensignal mit einer vorgegebenen Phasenbeziehung zu dem Einstell-Phasensignal erzeugt, daß an die Alarmphasenstufe (5) eine Alarmstufe

(6) zur Erzeugung eines Alarmsignals und an die Alarmstufe schließlich eine Alarmsteuerstufe (7) zur Erzeugung eines Verteilersteuersignals angekoppelt ist, welches die Verteilersteuerstufe (8) beaufschlagt.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Alarmphasenstufe logische Verknüpfungsschaltungen für die Einstell-Phasensignale (0^..,0^_Q) sowie für von dem Verteiler-

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signal abgeleitete Torschaltsignale/aufweist, womit das Alarmpiiasensignal abgeleitet wird.

4. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Alarmsteuerstufe einen Differentialverstärker (7-1) für das Alarmsignal (S^) und ein Bezugssignal (S-^) sowie einen nachgeschalteten Schmitt-Trigger (7-2) enthält.

5. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, gekennzeichnet durch eine Zusatzschaltstufe (9,10,11,) die aufgrund eines Verzögerungsbefehlssignals (St) ein gesteuertes Verteilerbefehlssignal (Sg) für niedrige Geschwindigkeit ableitet, das dem gesteuerten Verteilerbefehlssignal(Sp) überlagert wird.

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