DE2751276A1

DE2751276A1 - Schaltungsanordnung zur einstellung eines beweglichen bauteils auf eine bestimmte position

Info

Publication number: DE2751276A1
Application number: DE19772751276
Authority: DE
Inventors: Josef Hirschmann
Original assignee: Hirschmann Geraetebau & C GmbH
Current assignee: Hirschmann Geraetebau & C GmbH
Priority date: 1977-11-16
Filing date: 1977-11-16
Publication date: 1979-05-17
Also published as: DE2751276C2

Description

Schaltungsanordnung zur Einstellung eines beweglichen Bau-
teils auf eine bestimmte Position Schaltungsanordnung zur Einstellung eines beweglichen Bauteils auf eine bestimmte Position Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Einstellung eines beweglichen Bauteils auf eine bestimmte Position entlang seiner Bewegungsbahn, mit einer elektrischen Antriebseinrichtung zum Antrieb des beweglichen Bauteils, einem Positionsgeber, der ein die Position des beweglichen Bauteils darstellendes Rückführungssignal erzeugt, und mit einem Vergleicher, der das Rückführungsslgnal des Positionsgebers und ein die Sollposition darstenendesSignal vergleicht und ein Ausgangssignal zur Ansteuerung der elektrischen Antriebseinrichtungen liefert.
Schaltungsanordnungen dieser Art finden vielfältige Anwendung beispielsweise bei Servosteuerungen und Stellgliedern und Linienschreibern, wobei diese Aufzählung in keiner Weise beschränkend ist. Bei derartigen Anwendungen ist es erforderlich, eine mechanische Bewegung und Position des beweglichen Bauteils sehr genau in Abhängigkeit von dem elektrischen Eingangssignal zu steuern, ohne daß irgendwelche Störelnflüsse Auswirkungen auf die Position oder Bewegung des beweglichen Bauteils haben können. Ein wesentliches Problem besteht hierbei, insbesondere bei sich schnell ändernden elektrischen Eingangssignalen ein Überschwingen des beweglichen Bauteils Uber die gewünschte Position zu verhindern, da ein derartiges Uberschwingen zu Fehlanzeigen bzw. Verfälachungenvon Anzeigen führt. Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, eine mechanische Dämpfung des beweglichen Bauteils vorzusehen, doch ist diese Maßnahme technisch kompliziert und weiterhin sehr schwer ein stellbar, wobei insbesondere eine zu große Dämpfung unerwUnscht ist, da dann die gewUnschte Position nur nach längerer Zeitverzögerung oder überhaupt nicht erreicht wird.
Der Erfindung liegt die Aurgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein Überschwingen des beweglichen Bauteils über die gewünschte Position ohne großen Aufwand sicher vermieden wird, ohne daß eine zu große Dämpfung gewählt werden muß.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das die Sollposition darstellende Eingangssignal dem Eingang des Vergleichers über eine die Anstiegsgeschwindigkeit dieses Signals begrenzende Begrenzerschaltung zugeführt ist.
Durch dieseAusgestaltung der Erfindung ist sichergestellt, daß die Anstiegsgeschwindigkeit des Eingangssignals niemals einen Wert Uberschreitet, der zu einem Uberschwingen des beweglichen Bauteils über eine gewtlnschte Position führt. Durch entsprechende Wahl der Bauteile der Begrenzerschaltung läßt sich eine sehr genaue Anpassung an die mechanischen Eigenschaften des Gesamtsystems erzielen,ohne daß aufwendige Dämpfungsmaßnahmen erforderlich sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine zum Betriebsstrom durch die elektrische Antriebseinrichtung proportionale Spannung dem Vergleicher als weiteres Ruckfuhrungssignal zugeführt wird.
Hierdurch wird sichergestellt, daß der in der elektrischen Antriebseinrichtung fließende Strom, der in Beziehung zuder auf das bewegliche Bauteil wirkenden Beschleunigung bzw. Verzögerung steht, niemals einen übermäßig hohen Wert erreicht, der zu einer zu hohen Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Bauteils führen wUrde.
Gemäß einer vorteilhaftAusgestaltung der Erfindung wird das Rückführungssignal des Positionsgebers dem Vergleicher über ein Proportional-Differential-Funktionsglied zugeführt. Auf diese Weise ergibt sich ein sehr gutes Regelverhalten des Systems.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der Ausrührungsrorm der Schaltungsanordnung; Fig. 2 ein ausführlicheres Schaltbild der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Anwendungsbeispiels auf einen Linienschreiber beschrieben, ohne daß diese Anwendung in irgendeiner Weise beschränkend ist. Der Schreibstift des Linienschreibers wird von einem Linearmotor M angetrieben, der gleichzeitig einen Positionsgeber L ansteuert.
Das Ausgangssignal des Positionagebers L ist mit einer Auswerteschaltung 2 verbunden, die aus einem Taktgenerator 1 mit einer Rechteckschwingung gespeist wird. Das Ausgangssignal der Auswerteschaltung wird Uber einen Proportional-Differential-Funktionsglied 3 einem Eingang des Vergleichers 4 zugeführt, dessen anderem Eingang Uber eine Begrenzerschaltung 7 zur Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit des dem Vergleicher zugeführten Signals das Eingangssignal E zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Vergleichers 4 wird dem Eingang eines Leistungsverstärkers 5 zugeführt, der den Linearmotor M steuert. Der in dem Linearmotor fließende Strom wird über eine Strombewertungsschaltung 6 als zu dem Strom proportionale Spannung ebenfalls dem Vergleicher 4 zugeführt. Damit wird der Strom zur Stellgröße für den Linearmotor.
Durch die Begrenzerschaltung 7 wird die Anstiegszeit des dem Vergleicher 4 zugeführten Sollsignals auf einen Wert begrenzt, bei dem ein Überschwingen des Motors M bzw. des damit verbundenen Schreibstiftes selbst bei Rechtecksprüngen desEingangssignals E sicher vermieden wird. Durch die Kombination dieser Begrenzerschaltung mit dem Proportional-Differential-Funktionsglied ergibt sich eine dynamisch und statisch sehr exakte Nachführung des Schreibstiftes entsprechend dem Sollwert, der durch das Eingangssignal E gebildet ist.
In Fig. 2 sind Einzelheiten des Blockschaltbildes nach Fig. 1 gezeigt.
Der Re chteckgenera tor 1 besteht aus einem integrierten Taktgeberbaustein Tag1, dessen Impulswiederholfrequenz durch die Widerstände R1 und R2 und den Kondensator C5 bestimmt ist.
Die Dioden D1 und D2 schützen den Taktgeberbaustein vor Spannungsspitzen beim Schalten der Induktivität des Positionsgebers L.
In der Auswerteschaltung 2 wird der Scheinwiderstand des Positionsgebers L mit dem Widerstand eines Potentiometers R3 verglichen. Ein Anschluß des Potentiometers R3 und des Positionsgebers L ist mit dem Ausgang des Rechteckgenerators 1 verbunden während die anderen Anschlüsse dieses Potentiometers R3 und des Positionsgebers L über zwei parallele Serienschaltungen miteinander verbunden sind. Die erste Serienschaltung ist durch einen ersten Widerstand R4, die hintereinander geschalteten Dioden D3, D4 und den Widerstand R5 gebildet, während die zweite Serienschaltung aus dem ersten Widerstand R7, den beiden Dioden D5 und D6 sowie dem Widerstand R6 gebildet ist. Die Verbindungspunkte der beiden Dioden beider Serienschaltungen sind mit Kondensatoren C2 bzw. C1 verbunden, deren anderer Anschluß mit Erde verbunden ist. Diese Verbindungapunktesind weiterhin mit dem invertierenden bzw. nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers Opi verbunden, der über einen Gegenkopplungswiderstand R9 gegengekoppelt ist. Dieser Operationsverstärker Opi verstärkt die Spannungsdifferenz der Spannungen an den Kondensatoren C1 und C2, deren Wert ein Maß für die Jeweilige Position des Schreibstiftes ist. Die Verstärkung dieses Operationsverstärkers ergibt sich aus dem Verhältnis der Widerstände R9 und R8.
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OP1 und damit der Auswerteschaltung wird dem Eingang des Proportional-Differential-Funktionsgliedes 3 zugeführt, das im Proportionalzweig die Widerstände R13, R14 und R15 aufweist, während der Differentialzweig durch den Kondensator C3 und den Widerstand R12 gebildet wird, wobei die letztgenannten beiden Bauteile zwischen Eingang und Ausgang des Funktionsgliedes 3 geschaltet sind. Der Ausgang des Funktionsgliedes 3 wird dem invertierenden Eingang des als Vergleicher verwendeten Operationsverstärkers OP2 zugeführt.
Diesem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP2 wird weiterhin eine zum Betriebsstrom des Linearmotors M proportionale Spannung dadurch zugeführt, daß der Betriebsstrom dieses Linearmotors über einen Widerstand R16 fließt. Die an dem Widerstand R16 abfallende Spannung wird dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP3 zugeführt, der einen Teil der Strombewertung 6 bildet. Dieser Operationsverstärker OP3 ist mit Widerständen Rl7, R18 geschaltet, die die Verstärkung dieses Operationsverstärkers festlegt. Der Ausgang d es des Operationsverstärkers OP3 wird über den Widerstand Ril ebenfalls dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP2 des Vergleichers * zugeführt.
Dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP2 des Vergleichers 4 wird weiterhin das Sollaignal zugeführt, das in Abhängigkeit von dem Eingangssignal E in der Begrenzerschaltung 7 erzeugt wird. Diese Begrenzerschaltung 7 weist einen ersten Operationsverstärker OP5 auf, der Uber einen Widerstand R20 gegengekoppelt ist und dessen invertierendem Eingang das Eingaflessignal E Ueber ein PotentioneterR19 zugeführt wird, das die Amplitude der Bewegung des beweglichen Bauteils in Abhängigkeit von dem Eingangssignal einstellt.
Der Ausgang des Operationsverstärkers OP5 ist über einen Kopplungswiderstand R21 mit dem invertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers OP4 verbunden, wobei der invertierende Eingang dieses Operationsverstärkers weiterhin über einen Gegenkopplungskondensator C4 mit seinem Ausgang verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP4 ist weiterhin mit dem nichtinvertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers OP5 verbunden und bildet weiterhin den Ausgang der Begrenzerschaltung. Die Zeitkonstante des aus dem Kopplungswiderstand R21 und dem Gegenkopplungskondensator C4 gebildeten RC-Gliedes bestimmt die maximale Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangssignals der Begrenzerschaltung 7.
Leerseite

Claims

P a te n t a n s p r ü c h e : ttaSchaltungsanordnung zur Einstellung eines beweglichen Bauteils auf eine bestimmte Position entlang seiner Bewegungsbahn, mit einer elektrischen Antriebseinrichtung zum Antrieb des beweglichen Bauteils entlang dieser Bewegungsbahn, einem Positionsgeber, der ein die Position des beweglichen Bauteils darstellendes Rückführungssignal erzeugt, und mit einem Vergleicher, der das Ruckfuhrungssignal des Positionsgebers mit einem die Sollposition darstellenden Eingangssignal vergleicht und ein Ausgangssignal zur Ansteuerung der elektrischen Antriebseinrichtung liefert, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das die Sollposition darstellende Eingangssignal (E) dem Eingang des Vergleichers (4) Uber eine die Anstiegsgeschwindigkeit dieses Signals begrenzende Begrenzerschi tung (7) zugeführt ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine zum Betriebsstrom durch die elektrische Antriebseinrichtung (M) proportionale Spannung dem Vergleicher (4) als weiteres Ruckführungssignal zugeführt wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das RUckführungssignal des Positionsgebers (L) dem Vergleicher (4) über ein Proportional-Differential-Funktionsglied (3) zugeführt wird.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e 1 c h n e t , daß die Begrenzerschaltung (7) einen ersten Operationsverstärker (OP5), dessen invertierender Eingang das Eingangssignal (E) empfängt und über einen Gegenkopplungswiderstand (R20) mit dem Ausgangsanschluß dieses Operationsverstärkers (OP5) verbunden ist, und einen zweiten Operationsverstärker (OP4) aufweist, dessen invertierender Eingang über einen Koppelwiderstand (R21) mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers (OP5) und über einen Gegenkopplungskondensator (C4) mit seinem Ausgang verbunden ist, daß der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers (OP4) weiterhin mit dem nicht invertierenden Ausgang des ersten Operationsverstärkers (OP5) verbunden ist und den Ausgang der Begrenzerschaltung (7) bildet und daß die Zeitkonstante des aus dem Koppelwiderstand (R21) und dem Gegenkopplungswiderstand (C4) gebildeten RC-Gliedes die maximale Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangssignals der Begrenzerschaltung (7) bestimmt, das dem Vergleicher (4) zugeführt wird.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Vergleicher durch einen Differenzverstärker mit einem Operationsverstärker (OP2) gebildet ist, dessen nichtinvertierendem Eingang das in seiner Anstiegsgeschwindigkeit begrenzte Ausgangssignal der Begrenzerschaltung (7) und dessen invertierendem Eingang das Ausgangssignal des Proportional-Differential-Funktionsgliedes (5) zusammen mit dem das Gegenkopplungssignal bildenden weiteren Rückführungssignal zugeführt wird, das zum Betriebsstrom der elektrischen Antriebseinrichtung (M) proportional ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden AnsprUche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,d aß der Positionsgeber ein induktiver Positionsgeber (L) ist, dessen Impedanz eine Funktion der Position des beweglichcn Bauteils ist, daß der Positionsgeber (L) mit dem Eingang einer Auswerteschaltung (2) verbunden ist, die von einem Wechselspannungsgenerator (1) gespeist wird und deren Ausgangssignal dem Eingang des Proportional-Dirferentlal-Funktlonsglledes (3) zugeführt wird.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß die Ausweteschaltung (2) einen Vergleichswiderstand (R3) aufweist, dessen einer Anschluß mit einem Anschluß des induktiven Positionsgebers (L) und mit dem A Ausgang des Wechsel-spannungesgenerators (1)verbunden ist, daß die anderen Anschlüsse des Vergleichswiderstandes (R3)bzw.

des induktiven Positionsgebers (L) über zpweriaylRleellheenschaltungen miteinander verbunden sind, die Jeweils einen ersten Widerstand (R4, R7), zwei in Durchlaßrichtung hintereinander geschaltete Dioden (D3, D4; D5, D6) und einen zweiten Widerstand (R5; R6) einschließen, wobei die Dioden der einen Serienschaltung entgegengesetzt zu den Dioden detanderen Serienschaltung geschaltet sind, daß die Verbindungspunkte der beiden Dioden Jeweils mit Ladekondensatoren (C1, C2) und einem Eingang eines Operationsverstärkers (OP1) verbunden sind, dessen Ausgangssignal dem Eingang des Proportional-Differential-Funktionsgliedes 3 zugeführt wird.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , &ßdas bewegliche Bauteil der Schreibstift eines Linienschreibers ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die elektrische Antriebbseinrichtung ein Linearmotor ist.