DE2035297A1 - Vorrichtung zur Steuerung einer Abtastbewegung - Google Patents

Description

Anmelderin/ Stuttgart, den 15. Juli 1970

Hughes Aircraft Company B 2152 BAg

Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif·, V.St.A.

Vorrichtung zur Steuerung einer Abtastbewegung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung einer Abtastbewegung mit einer Antriebsvorrichtung, die einer Antriebswelle innerhalb eines genau begrenzten Abtastwinkels eine reziprozierende Bewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit erteilt, insbesondere zum Antrieb eines Abtastspiegels mit Hilfe eines Gleichstrommotores·

Es gibt viele Anwendungsgebiete, die die reziprofeierende Bewegung eines Energieaseflektors erfordern, beispiels- -. weise um einfallende Energie über eine Detektormatrix

■'*.. 0 09886/1 5A5

hinwegzuführen. Die meisten bisherigen Vorrichtungen zum Antrieb einer solchen Reflektoranordnung verwenden irgend einen mechanischen Oszillator oder eine nockensteuerung· Obwohl solche mechanische Anordnungen für eine verhältnismäßig geringe Genauigkeit erfordernde Anwendungen gut geeignet sind, so besitzen sie doch nicht die für Anwendungen mit extrem hoher Genauigkeit erforderliche Amplituden-, Frequenz*- und Geschwindigkeitsstabilität. Außerdem lassen die bekannten mechanischen Anordnungen kein genaues Umschalten der Abtasx;-frequenz unter Beibehaltung einer konstanten Abtastgeschwindigkeit zu, ohne daß beim Umschalten ein starkes Überschwingen auftritt· .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden und eine Vorrichtung zur Steuerung .einer Abtastbe.v/egüng zu schaffen, die es ermöglicht, einem Bauelement und insbesondere einem Reflektor eine reziprozieronde Abtastbewegung höchster Genauigkeit zu erteilen, bei der die Abtastamplitude, die Abtastfrequenz und die Abtastgeschwindigkeitj mit höchster Genauigkeit eingehalten werden. Außerdem soll es die Erfindung ermöglichen, unter Beibehaltung einer konstanten Abtastgeschwindigkeit die Abtastfrequenz zu ändern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß mit der Antriebsvorrichtung eine doppelintegrierende Bück-* kopplungsschleife verbunden ist, die einen Summierknoten , besitzt und diesem Summierknoten ein die tatsächliche Winkelstellung der Antriebswelle anzeigendes Rückkopplungssignal zuführtj und daß die Rückkopplungsschleife zugleich Teil einer Hysteresisschleife ist, die ein Bezugssignäl

009886/1545 ^J'

- 3 - :'■■'■■■ " ^; ■ ''-V'-/-.

Kit dreieckicem Verlauf erzeugt, das ebenfalls den Sumnierknoten zugeführt wird·

Durch die Erfindung wird.^^ demnach ein Abtastsysteia geschaffen, d€s eine negative Stellungs-Rückkopplungs- , schleife aufweist, die die Antriebsvorrichtung und das cU^Gctriebene Bauteil, insbesondere einen Reflektor, ent- halt· Das von der positiven Hysteresis-Iiückkopplungsuchlcife, die die Stellungs-Rückkopplungsschleife umfaßt _Λ gelieferte Bezugssignal mit dreieckigem Verlauf ist für eine konstante Abtastgeschwindigkeit charakteristisch , und-bildet ein Eingangssignal für die Stellungs-ilückkopplungsschleife, bei der es siclr um eine Servoschleife vom ^füyp II handelt, also um eine Schleife, in der zwei Integrationsschritte stattfinden und die sich dadurch auszeichnet,'daß* sie auf ein füi" eine konstante Abtastgeschwindigkeit charakteristicches Eingangssignal einen Stellungsfehler Hull liefert· Damit ist die Stellungs-· ■; schleife allein in der Lage, in Abhängigkeit von einem für eine konstante Abtast ge schmndigkeit charakteristisehenEingangssignal dieReflektoranordnung indie richtige Stellung zu bringen. Die Hysteresisschleife hat die Aufgabe, das für eine konstante Abtastgeschwindigkeit; -charakteristische Bezugssignal zu liefern und dadurch zu verhindern, daß sich die Stellxing des Eittelpunlctes"* des Abtastwinkels verändert· Dxirch Variieren-der-Abtädtfrequenz unter 3eib6haltun&...einer konstanten Abt as t geschv/indigkeit ist es dann möglich, verschieden große .Abtastwirucel auszuwählen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zum direkten Antrieb des Reflektors ein "bürstenloser

9886/1545

+ ί ■ - ι "' ; ι ί ■-■_■-_

iiomentmotor verwendet, der die Eigenschaft aufweist,, in Abhängigkeit von einem konstanten Eingangsstrom ein konstantes Drehmoment zu liefern. Daher wird eine Doppel- _ integration erzielt, wenn der Motor.in Abhängigkeit von einem für eine konstante Abtastgeschwindigkeit charakteristischen Eingangssignal strombetrieben wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann als Stellungsgeber ein bürstenloser Drehmelder vom Microsyn-Typ verwendet werden. Der Drehmelderwird von einem stabilisierten YJechselstromsignal erregt-.und liefert eine dGü Schv/eniwinkel proportionale Aus gangs spannung«. Entsprechend einem bedeutenden Merkmal der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Ämplitudenschwankungen des Erregersignales des Drehmelders proportionales Gleichstromsignal erzeugt und zum Ausgleich von durch solche -AmplitudenschwankUBgen bedingte» Schwanküjsgende'r Amsgang&span---- .-nung des* Drehmelders- in: einen die Äbtastgeschwindigkeit " steuernden Xntegr-ator■-eingegeben·■"■-. ■ . ■·" ""-"'-\

Die Abtastgesetofindigkeit kann, beispielsweise -von einem· innerhalb der Hysteresisschleife angeordneten Integrator festgelegt v/erden, dessen Komponenten sehr enge Töleranzen aufweisen. Der Integrator liefert in Abhängigkeit von einem konstanten positiven Eingangssignal ein mit einer von den gegebenen Daten des Integrators bestimmten Ea «:e linear ansteigendes und in AbhängigMi-|_; ton:_: eii^HLj^on- _ ^: stanten negativen Eingangssignal ein mit deic gleichen Rate linear abfallendes Ausgangssignale Auf diese.Weise erzeugt der Integrator das dreieckige Signal zum .Erregen der inneren Stellungsschleife. Die Frequenz dieser Dreieckskurve wird von der Dauer der positiven und,negativen

00 9 8 8 6/1545

■ It I [

— 5 —

Eingangssignale bestimmt, die dem Integrator zugeführt werden. Die Dauer dieser Eingangssignale wird von einer -Logikanordnung festgelegt, die fortlaufend das durch einen Phasendetektor geleitete Ausgangssignal des Drehmelders mit einem konstanten positiven und einem konstanten negativen Schwellenwert vergleicht. Y/enn der Reflektor in die eine Richtung schwenkt, steigen das Ausgangssignal des Drehmelders und ebenso das Ausgangssigbal des Integrators an. Y/enn das durch einen Phasendetektor geleitete Ausgangssignal des Drehmelders den positiven Schwellenwert erreicht, wird das Eingangssignal des Integrators umgekehrt, um dann den Antrieb des Motors in der umgekehrten Richtung zu veranlassen. Das Ausgangssignal des Drehmelders nimmt dann ab und es v/ird das dem Integrator zugeführte· Eingangssignal und damit auch die Antriebsrichtung des Motors umgekehrt, sobald es den negativen Schwellenwert erreicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine bestimmte Abtastfrequenz dadurch festgelegt werden, daß das durch einen Phasendetektor geleitete Ausgangssignal des Drehmelders vor dem Vergleich mit den zuvor erwähnten positiven und negativen Schwellenwerten in geeigneter Weise gedämpft wird.

V/eitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung.dargestellten Aus-

. führungsbeispiels näher beschrieben und erläutert wii*i. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei andereil Ausführungsformen der Erfin-

- dung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

009886/1545 *''

τ ♦ ι * *

Pig· 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Vor= richtung nach der Erfindung,

Pig· 2 ein mehr in Einzelheiten gehendes Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung und

Pig. 5 ein Diagramm von an verschiedenen Punkten inner- ,

halb der Vorrichtung nach Pig, 2 auftretenden ■ Signalen.

Obwohl eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung viele Anwendungsgebiete finden wird, stellt die Verwendung zum wechselseitigen. Antrieb eines Energiereflektors, wie z.B. eines in Pig. 1 gezeigten Spiegels 1.0, eine sehr bedeutende Anwendung dar. Der Spiegel 10 kann auf Wellen. 12 und 14· befestigt sein, die jeweils in. einem Schenkel 16 bzw. 18 eines ü-förmigen Rahmens 20 drehbar gelagert- , sind. Die Welle 12 steht mit der Antriebswelle eines luotors 22 und die Welle 14 mit dem Hotor eines "Stellurig-s-" gebers 24 in Eingriff. Eine elektronische Schaltuiicsanordnung 26 nach der vorliegenden Erfindung spricht auf das Ausgangssignal des Stellungsgebers 24 an und steuert; die Speisung des Motors 22.

Wie bereits erwähnt, dient die erfindungsgemäße elektronische Schaltungsanordnung 26 dazu, die Abtastamplitude, die Abtastfrequenz und die Abtastgeschwindigkeit des Motors 22 genau zu steuern. Die Abtastamplitude bezieht sich auf den von der Antriebswelle des Motors 22 abgetasteten Winkel. Die Abtastfrequenz steht in Bezieuunä ait den Abtastwiederholungen der Motorantriebswelle pro Zeiteinheit. Die Abtastgeschwindigkeit bezieht sich-auf die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle des Motors 22.

9886/154 5 . "^/#

■ ·■ . ■ . . ■ · * t ι .■-.'-■

Bei einer bevorzugten Ausführungsforia der Erfindung besteht der Motor 22 aus einem bürstenlosen Momentmotor mit direktem Antrieb»wie z.B. dem Aeroflex Modell 5?Q: 10 Λ7-6 H· Die technisehen Daten dieses Motors ijihd aus der beigefügten Tabelle 1 ersiclitlich.. Von Bedeutung ist, daß es sich bei dem Motor 22 um einen liomentmotor handelt und der Motor infolgedessen bei konstantem Eingangsstrom ein konstantes Drehmoment · liefert. Daher führt der Motor 22, wenn er strocibetriebün ist ,eine Doppelinte^ration ein» T/ie noch später erläutert wird, v/ird diese Doppelintegration zur Verwirklichung einer Servoschleife vom Typ II verwendet. '

Der Stellungsgeber 24 besteht vorzugsweise aiis einem Drehmelder vom Microsyn-Syp« Bin geeigneter Drehmelder ^:- ist z.B. als ^f'TI*S*a?ime model Hr. 202 9^-0 H/C" im Handel erhältlich. Die technisehen Dateja dieses Dreh?- melders sind aus der beigefügten tabelle 2 ersichtlich.

Es ist bekannt, daß ein Drehmelder vom Microsyn-Typ ein Diffqrentialtransformator mit einer rotierenden-Wicklung' ist, der ein zur Differenz zwischen zwei induzierten Spannungen·proportionales Signal erzeugt. Er , kann so ausgebildet sein, daß er eine sehr genaue Spannungs-Winkel-Charakteristik besitzt. Die Wirkungsweise eines solchen Drehmelders ist auf Seite 5^2 des Buches "MALiSIS AND DESIGK OF FEEDBACK CONTROL SYSSETlS" von Thaler undBrown, McGraw-Hill, 2.Auflage, behandelt.

Fig. 2 zeigt die Teile einer bevorzugten AusführungsforK der elektronischen Schaltungsanordnung 26, die den Stellungsgeber 24· mit d0m Momentmotor 22 koppelt. Die Teile

009886/1&45 SAD

der elektronischen Schaltungsanordnung 26 bilden er« findungsgemäß eine innere negative ütellungs-Rückkopp-, lungaschleife 28, die im folgenden kurz: als Stellungsschleife bezeichnet wird, und eine äußere positive Hysteresis-Rückkopplungsschleife 30, die die Stellungsschleife 28 einschließt und im folgenden kurz Hysteresisschleife genannt wird. Außerdem ist bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum Ausgleich von Amplitudenschwankungen des dem Stellungsgeber 24 zugeführten wechselstrom-Erregersignales ein Rückkopplungsweg 52 vorhanden.

Die Stellungsschleife 28 ist so ausgebildet, daß sie eine gewöhnlich als Servoschleife vom Typ II bezeichnete Schleife darstellt. Eine Servoschleife vom Typ II.weist zwei Integrationsstufen auf und ist dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einem für eine konstante Abtastgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) charakteristischen Eingangssignal den Stellungsfehler Hull erzielt. Servoschleifen vom Typ II werden in verschiedenen, sich mit Servomechanismen befassenden Büchern ausführlich erörtert, z.B. auf Seite 212 des Buches "SERVO MECHANISMS MD REGULATING SYSTEM DESIGN¹¹ von Chestnut und Mayer, Wiley, Band I· Die zum Erzielen einer Servoschleife vom Typ II erforderlichen beiden Integrationen erhält man bei der ' bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, indem man den iaomentmotor 22 stromabhängig betreibt. Wie bereits erv/ähnt, tritt bei dem Momentmotor 22 insofern eine Doppelintegration auf, als er bei konstantem Singangsstrom ein konstantes Drehmoment abgibt.

wie bereits erwähnt, umfaßt die Stellungsschleife 28 den ; lioiaentmotor 22, den angetriebenen Spiegel 10 und den _v

00 9886/154 5 ' '■ ·/'

BAD ORIGINAL

ί -*.."■■.■♦■.- ■ . "■-.

Stellungsgeber 24» Der Stellungsgeber 24 wird von einem Viechs el strom erregt, den ein vorzugsweise eine automatische Verstärkungsregelung (AVR) aufweisender Oszillator 34· liefert. Unter stationären Abtastbedingungen liefert der Stellungsgeber 24· ein in Zeile (a) der Fig. 3 dargestell-

tes Hochfrequenz-Ausgangssignali dessen Umhüllende zwei dreieckige, um 180° gegeneinander phasenverschobene Kurven bildet. Das Ausgangssignal des Stellungsgebers 24·-wird zu einem Phasendetektor 38 weitergeleitet, der seiner- . seits das in Zeile Cb) der Pig· 3dargestellte Ausgangs— signal liefert· Das Ausgangssignal des Phasendetektors 38 wird dann einem Filterverstärkei" 40 augeführt, der ein der Umhüllenden des Ausgangssignales des Phasendetektors 38 entsprechendesSignal 42 abgibt. Das Ausgangssignal des Filterverstärkers 40 ist in Zeile (c) der Fig. 3 : dargestellt» Es sei darauf hingewiesen, daß die in den Zeilen (a) und (b) der Fig. 3 dargestellten Signale nur der Oharakteristik bei einer Abtjastung mit großem Winkel entsprechen, wogegen die in Zeilje (c) der= Fig. 3 ausge- I zogene Kurve 42 das im Punkt C i|i Fig. 2 auftretende . Signal bei großem Abtastwinkel und die gestrichelte Kurve 44 das im Punkt 0 in Fig. 2 auftretende Signal bei kleinem Abtastwinkel darstellt. Der Ausgang des Filterverstärkers 40 ist mit einem Summierknoten. 46 verbunden, dessen Ausgang wiederum mit dem Eingang eines Kompensationsverstärkers 48 gekoppelt ist. Der Ausgang des Kompensationsverstärkers 48 ist mit dem Eingang eines ieistungsverstärkers 50 verbunden, der einen von der Eingangsspannung abhängigen Ausgangsstrom liefert und dadurch einen Strombetrieb des Momentmotora 22 ermöglicht, der zu der zuvor erwähnten Doppelintegrierung führt.

00988671542

Unterstellt man im Augenblick, daß einer Eingangsklemme 52 des Summierknotens 46 ein Signal mit genau dreieckigem Verlauf zugeführt wird« dann ist die Stellungssehieife allein in der Lage, den Reflektor genau in die richtige Stellung zu bringen. V/i® noch später erläutert wird_s übt die Hysteresisschleife JO die Funktion aus, das der Ein-» gangsklemme 52 des Summierknotena 46 zugeführte Signal mit genau dreieckigem Verlauf zu erzeugen und damit eine Verschiebung des Mittelpunktes des Abtastwinkels zu verhindern.

Vor der Behandlung von weiteren Einzelheiten der Hysteresisschleife 30 sei bemerkt» daß Dervoschleif@n.¥oia "yp II artbedingt unstabil sinö und es deshalb erforderlich ist, innerhalb der Schleife ®ine Kompensation sur-Ver·*.. meidung von Schwingungen vorzusehen* Her Kompexisatdosis-" verstärker 48 hat die Aufgabe$ sum Ausgleich des? von dem-Filterverstärker. 40. herführenden. fhasenveRzogeriing; ©in Vorschieben der Phase zu bewirken«, ler Kompensationsver* stärker 48 liefert in Abhängigkeit .von einer Eingangs<spannung eine Aus gangs spannung und bewirkt entsprechend der wohlbekannten. Servotheorie jede für die Stabilisierung der StellungsBe'aieife 28 erforderliehe Kompensation«, Bs ist bereits e^wälmt worden, daß der Leistungsverstärker 50 in Abhängigkeit von de3^ Ausgangs apsoixmng des Kompen» sationsverstärkers 48 ein Stpoiaslgnal zum Aatrieb des Momentmotors 22 liefert·

Der Ausgang des Filterverstärkers 40, dessen Signal In Zeile (c) der Fig. 3 dargestellt ist, Ist über einen Widerstand 5^ Ei* einem Dämpfungsglied 56 vQffT&undeau Das Dämpfungsglied 5S umfaßt - zwei Widerstände 5S ^»d 6O₉ die

009886/1545

zwischen dom Widerstand 5^ und Masse hintereinander geschaltet sind· Das Dämpfungsglied 56 ist; mit einem einfachen Umschalter 62 versehen. üin für kleine Abtastwinkel benutzter Schalterkontakt 64 ist; mit der Verbindung zwischen den Widerständen 5^ und 58 verbunden. üin für große Abtastwinkel benutzter Schalterkontakt 66 iüt an die Verbindung zwischen den Widerstünden 5& und 60 angeschlossen. Der Schaltarn des Umschalters 62 wird von einem Abtastwinkel-Einsteller 68 gesteuert, der zum Erzielen eines Großen Abtastwinkels den Schaltarm mit dem Kontakt 66 und zum Erzielen eines kleinen Abtastwinkels den üchaltarm mit dem Kontakt 64 in Eingriff bringt. Es vorsteht sich, daß dann, wenn der Gehaltarm des Umschalters62 mit dem Schalterkontakt 64- in Berührung steht, die ganze an der Verbindung zwischen den Widerständen 5^ und 58 verfügbare Spar \ing über den Kontakt 64 an den Schaltarm angelegt isü, Steht der Schaltarm des Umschalters 62 dagegen mit dem Schalterkontakt 66 in Berührung, dann wird eine niedrigere, an der Verbindung zwischen., den Widerständen 58 und 60 verfügbare Spannung über den Kontakt 66 an den Schaltarm angelegt. Wie bei der weiteren Erklärung noch deutlicher wird, erreicht damit das Ausgangssignal, des Filterverstärkers 40 die noch zu erläuternden positiven und negativen Schwellenwerte rascher, wenn sich der Umschalter 62 in der Stellung für kleine ■Abtastwinkel befindet. Das bedeutet, daß die Abtastfrequenz größer und der Abtastwinkel kleiner ist als wenn der Umschalter 62 auf kleine Abtastwinkel eingestellt ist.

In Zeile (d) der Fig. 3 Ist die am Schaltarm des Umschalters 62 verfügbare Spannung dargestellt und es zeigen die

00 9 886/154

Kurve 69 den Spannungsverlauf für einen großen Abtastwinkel und die Kurve 70 den Spannungsverlauf für einen kleinen Abt as t winkel. Es v/ird darauf hingewiesen, daß die Scheitelwerte der Amplituden der .Kurven 69 und 70 von dem Dämpfungsglied 56 derart maßstäblich geändert v/erden, daß sie gleich groß sind. Y/ie ersichtlich, sind die. Abtastfrequenzen jedoch verschieden.

Der Schaltarm des Umschalters 62 ist mit der positiven Eingangsklemme eines ersten Differentialverstärkers 72 und mit der negativen Eingangüklemme eines zweiten Differentialveratürkere 74 verbunden. D19 nogative Ein- ^angsklemme des ersten Differentialverstarkers 72 ist mit einer positiven Bezugssparmungsquelle von ζ»13. +2 V verbunden, während die positive Eingangsklenuac des zweiten Differentialverstarkers 74'mit einer Bozugsspannungsquelle von in diesem Beispiel -2 V verbunden 1st. Es verstellt sich,, daß dann, wenn das am Schaltarm des Umschalters 62 anliegende Signal 2 V überschreitet, der erste Differentialverstärker 72 ein vorbereitendes Ausgangssignal liefert. Dagegen gibt der zweite Differentialverstärker 74· ein vorbereitendes Ausgangs signal ab, wenn die Spannung an dem Schaltarm des Umschalters 62 unter -2 V absinkt. Die Ausgänge der Verstärker 72 und 74· sind mit je einem der UKD-Glieder 76 bzw. 78 verbunden, die mit einer ersten bzw. einer zweiten Eingangsklemme eines i^?lipflop 80 gekoppelt sind. Wenn das UiiD-Glied 76 mit dein Stelleingang des Flipflop 80 verbunden ist, dann ist dessen FALSCH-Ausgang auf den Eingang des.UliD-Gliedes 76 rückgekoppelt. Ferner ist dann der Ausgang des UKD-Gliedes 78 mit dem Rückstelleingang des Flipflop 80 verbunden und dessen WAHR-Ausgang auf den Eingang des UND-Gliedes 78 rückgekoppelt.

009886/1545 ^J'

Wegen der beschriebenen Schaltverknüpfung kippt das Flipflop 80 zwischen seinen beiden Zuständen hin und her, wenn das an den Schaltarm des Umschalters 62 angelegte Signal den V/ert von +2 V übersteigt oder unter -2 V absinkt· Die Ausgänge des Flipflop 80 führen zu einem Operationsverstärker 82, der entweder einen positiven oder einen negativen Signalpegel liefert· Das Ausgangssignal des Verstärkers 82 ist in Zeile (el) der Fig. 3 für einen großen Abtastwinkel und in Zeile (e2) für einen kleinen Abtastwinkel dargestellt·

Der Ausgang des Operationsverstärkers 82 ist über einen Widerstand 84 mit dem einen Eingang eines Integrators verbunden, der vorzugsweise einen Operationsverstärker mit einem Kondensator 88 in der Rückkopplungsschleife aufweist· Wenn der Operationsverstärker 82 ein positives Ausgangs signal liefert, gibt der; Integrator 86 ein lineaif ansteigendes Ausgangssignal ab, dessen Steigung von der dem Verstärker des Integrators 86 innewohnenden Zeitkonstante bestimmt wird· Wenn der Operationsverstärker 82 einen negativen Ausgangssignalpegel abgibt, dann liefert der Integrator. 86 entsprechend ein linear abfallendes Ausgangssignal· Die Lade- und Entladezeitkonstanten des Integrators 86 werden gleich gewählt und von den eine enge Toleranz, aufweisenden Komponenten des Integrators 86 bestimmt« Im stationären Zustand ist das in Zeile (f) der Pig. 3 dargestellte Ausgangssignal des Integrators mit dem im Punkt 0 der Fig. 2, d.h._t am Ausgang des Filterverstärkers 40, auftretenden Signal identisch. Mit anderen Worten liefert im stationären Zustand der Summierknoten dem Kompensationsverstärker 48 kein Fehlersignal,

009886/1545

Aus dem Vorstehenden igt ersichtlich, daß die negative 'Stallungsschleife 28 die Stellung des Spiegels 10 genau steuert! während die die Stellungsschleife 28 umfassena positive Hysteresisschleife $0 jegliche Drift verhindert, die den Mittelpunkt des Abtastwinkels verändern könnte. Das heißt, daß die positive Hückkopplungsschleife 30 infolge der Einfügung der negativen Stellungsschleife in die positive Hysteresisschleife JO nicht nur auf den Zustand des Integrators 86, sondern auch auf die tatsächlichen Umkehrpunktstellungen des Spiegels 10 anspricht und für die Einhaltung dieser IJmkehrpu&ktstellungen sorgt» Demnach wird durch die Abtastimg und Steuerung der tatsächlichen Heflektorstellungen das Entstehen eines Fehlers verhindert und ein System mit außerordentlich hoher Genauigkeit geschaffen«

Dor Rückkopplungsweg 32 ist- bereits erivätot wordene Dieser Weg J2 ist vorgesehen, um am Ausgang dee Oszillators 34 auftretende A&plitudenscnwankungen auszugleichen·- Genauer gesagt hätte ein Anwachsen der Amplitude des Ausgangs·= _ signales des Oszillators 34 ein Ansteigen der Gleich* _: stromamplitM© des Ämsgangssignals des Stellungsgebers Bur Folge, was dann au einer höheren Äbtastfrequenz führen würde. Um dies sia verhindern,, wird proportional zur Ampli» tudenabweicliiiag des Ausgangssignals des Oszillators 3^ edn Gleichstromsignal erzeugt und über einen Widerstand -90- dem Eingang des Integrators 86 zugeführt« Das der Amplitudenabweichung proportionale Gleichstromsignal steht normalerweise an dem die automatische Verstärkungsregelung bewirkenden Teil des Oszillators 3^ zur Verfügung®

m/ ο

009886/1545

203529?

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß durch die Erfindung ein Abtaststeuersystem geschaffen v/orden ist-, das in der Lage ist, die Abtastamplitude, Abtastfx-equonz und Abtastgeschwindigkeit eines Bauelementes, wie z.B. eines Reflektors, genau zu steuern. Die extreme Genauigkeit wird hauptsächlich dadurch erzielt, daß eine innere Servoschlöife vom ^ffyp II, die eine negative Stellungs-Hückkopplungsschleife darstellt, verwendet wird,· die innerhalb einer äußeren, eine positive Rückkopplung bewirkenden Hysteresisschleife angeordnet ist, die ihrerseits ein Steuersignal für eine konstante Abtastgeschwindigkeit mit einer konstanten, von den feststehenden Kenndaten eines Integrators bestimmten Steigung liefert.

009886/1545

Tabelle Daten des iiomentmotors "Aeroflex model TQ 10 W - 6 H"

1) Drehmoment bei· Dauerbetrieb

2) maxim· Drehmoment

3) Leistungsaufnahme bei 25°C

4) Widerstand

5) Empfindlichkeit

75 cm . g 300 cm . g

4 Watt 120 IL ^J MQO cm · g/A

6) elektrische Zeitkonetante (L/R) 2 χ 10"⁴ sec

7) Gegon-EMK β) Ankerträgheitsmoment

9) Dämpfung Quellenwiders tand unendlich Quellenwideretand null

10) Eeibung

11) Brummdrehmoment

12) Gewicht

40 mV/rd/sec 5 · 10""* cm,g. see

3 · 10"*^ cm.g/rd/sec 130 · 10~* cm«g/rd/sec

keine

kein V

57 g

009886/1545 INSPECTED

Tabelle 2

Daten des Microsyn-Drehmeldere "U.S. Time Nr. 202 940-0^/0»

1) Eingangsspannung . , 26 V, 4,8 kHz

2) Eingangsstrom max. 220 mA

3) Leistungsfaktor min. 0,14

4) Empfindlichkeit 12. V/Grad, + %

5) Ausgangslast 1Ok-Xi

6) Null spannung max. 50 mV

7) Phasenverschiebung -5°·+ 5%

Claims (1)

1. ■i

   - 18 -

   Patentansprüche

   Vorrichtung zur Steuerung einer Abtastbewegung mit einer Antriebsvorrichtung, die einer Antriebswelle, ο innerhalb eines genau begrenzten Abtaatwinkels eine <^: ' , reziprozierende Bewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit erteilt, insbesondere au« A*trieb eines Abtastspiegels mit Hilfe eines Gleichstroemotores, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Antriebsvorrichtung (22) eine doppelintegrierende Rückkopplungsschleife (28)fterbunden ist, die einen Suimierknoten (46) besitzt und diesem Summierknoten ein die tatsächliche Winkelstellung der Antriebswelle (12, 14) anzeigendes Rückkopplungssignal zuführt, und daß die Hückkopplungsschleife (28) zugleich Teil einer Hysteresisschleife (30) ist, die ein Bezugssignal mit dreieckigem Verlauf erzeugt, das ebenfalls dem Sunmierknoten (46) zugeführt wird·

   2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschleife (28) einen Stellungsgeber (24), der ein hochfrequentes Ausgangssignal mit einer Umhüllenden liefert, deren Amplitude der tatsächlichen Winkelstellung der Antriebswelle (12, 14) proportional ist, und auf den Stellungsgeber (24) ansprechende Schaltungsanordnungen (38 und 40) umfaßt, die ein der Umhüllende entsprechendes Ausgangssignal liefern·

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch Bekennzeichnet, daß die auf den Stellungsgeber (24) ansprechenden

   Schaltungaanor&nungen von einem Phasendetektor (38) lind einem Filterverstärker (40) gebildet werden·

   - , ÖAD ORIGINAL

   • 19 -

   4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Hysteresisschleife (30) eine Logikanordnung enthält, die auf das vom Stellungegeber (*24) gelieferte Signal anspricht und Signale mit einem ersten oder zweiten Pegel liefert, deren Dauer für die Zeitspanne charakteristisch ist, während der sich die Antriebswelle (12, 14) auf der einen oder auf der anderen Seite des Mittelpunktes des Abtastwinkels-befindet, und daß auf das Ausgangssignal der Logikanordnung ein Integrator (86) anspricht und das Bezugssignal mit dreieckigem Verlauf erzeugt, indem er während derjenigen Intervalle, in denen das von der Logikanordnung erzeugte Signal seinen ersten Pegel einnimmt, linear ansteigende Signalabachnitte, und während derjenigen Intervalle, in denen das von der Logikanordnung erzeugte Signal seinen zweiten Pegel einnimmt, linear abfallende Signalabschnitte bildet·

   5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit de* Stellungegeber (24) ein dem Stellungs-Geber ein Vechselstrom-Erregersignal liefernder Generator (3⁴O verbunden und mit dem Generator eine Schaltungsanordnung gekoppelt ist, die dem Integrator von Amplitudenschwankungen des Erregereignales abhängige Steuersignale zuführt.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5« dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungsgeber (24) ein Drehmelder ist, daß die Antriebsvorrichtung (22) ein Gleichstrommotor ist, der bei konstantem Eingangsstrom ein konstantes Drehmoment erzeugt, und daß der Summierknoten (46) ein für die Differenz zwischen der vom Stellung^-

   009886/ 15*45

   ■.»■► " *

   2Ö35297

   -so * * - ; ■- -■.■

   geber (24) und vom Integrator (86) erzeugten Signale charakteristisches Auagongssienal erzeugt, dessen Größe die GrBBe des de» Motor (22) zugeführten Strokes bestimmt.

   7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikanordnung zwei Differenzialverstärker (72 und 74) mit je einem positiven und einem negativen Eingang aufweist und dem negativen Eingang des ersten Differentialverstärkers (72) ein positives und dem positiven !Eingang des zweiten Differentialverstärkere (74) ein negatives Schwellenwertsignal zugeführt wird, während das von dem Stellungsgeber (24) erzeugte Signal on dem positiven bzw· negativen Eingang des ersten und des zweiten Differential-Verstärkers (72 bzw· 74) angelegt ist.

   8· Vorrichtung nach Anspruch 7t dadurch gekennzeichnet, daß die Logikanordnung außerdem ein Flipflop (80) aufweist und die Differentialverstärker (72 und 74) mit dem Flipflop (80) derart gekoppelt sind, daß das Flipflop gekippt wird, wenn entweder das vom Stellungsgeber (24) erzeugte Signal das Niveau des positiven Schwellenwertsignalee übersteigt oder unter das Niveau dee negativen Schwellenwertsignales absinkt, und daß das Flipflop (80) mit dem Integrator (86) verbunden ist.

   9.. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stellungsgeber (24) und der Logikanordnung ein umechaltb&res Dämpfungsglied Angeordnet ist· ' ,

   009886/1545

   41.

   Leerseife