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B E S C H R E 1 B U N G Die Erfindung bezieht sich auf ein System
zur Beschleunigung und Verzögerung unter Anwendung digitaler Regelung in einem (Rückkoppelungs-)
Regelsystem.
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Die Erfindung ist bei der numerischen Werkzeugmaschinensteuerung,
bei automatischen Kurvenabtastern, bei Antriebssystemen für magnetische Plattenspeicher
und dergleichen anwendbar.
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Als erstes wird ein älteres digitales Regelsystem an Hand der Figuren
1, 2 und 3 beschrieben.
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Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm eines älteren digitalen Regelsystems.
Gemäß Figur 1 ist ein Positionsregister 1 vorgesehen, dessen Inhalt die Führungsposition
(Führungsgröße) zeigt, an welcher der Tisch einer Werkzeugmaschine angehalten werden
muß. Ein erster Vergleicher 2 stellt den Unterschied zwischen der Führungsposition,
die im Positionsregister 1 angegeben
ist, und der Istposition des
geregelten Tisches fest. Ein zweiter Vergleicher 3 liefert die Differenz zwischen
dem Ausgang des ersten Vergleichers 2 und einer Geschwindigkeitsfunktion, die später
erläutert wird0 Mit 4 ist ein Motorantrieb, mit 5 ein Motor zur Bewegung des Tisches
der Werkzeugmaschine, mit 7 der erste Detektor zur Feststellung der Istposition
des Tisches, mit 6 der zweite Detektor zur Feststellung der Geschwindigkeit des
Tisches und mit 8 die Anpassungsschaltung zur Lieferung der Geschwindigkeitsfunktion
bezeichnet. Der Eingangsbefehl auf Lochstreifen wird in das Positionsregister 1
eingelesen, und der Inhalt des Positionsregisters gibt vor, daß der Tisch um 0,001.
mm pro Impuls zu bewegen ist. Wenn der Inhalt des Positionsregisters 1 M ist, wird
der Tisch um 0,001 x M mm bewegt.
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Wenn man annimmt, daß die Frequenz der Befehls- bzw. Führungsimpulse
im Positionsregister 1 vi(t) ist, was die Führungsgeschwindigkeit des Tisches ist,
dann beträgt der Ausgang des Positionsregisters 1
wobei dieser Ausgang des Positionsregisters 1 die Zielposition des Tisches angibt.
Wenn man weiter annimmt, daß v0.die Geschwindigkeit des Tisches ist, beträgt die
Istposition des Tisches, die vom ersten Detektor 7 erhalten wird,
Der Ausgang des zweiten Detektors 6 ist vo(t) und wird dem Eingang der Anpassungsschaltung
8 zugeführt, welche die Geschwindigkeitsfunktion T Vo(t) liefert, wobei T eine Konstante
ist. Der erste Vergleicher 2 liefert die Differenz zwischen der Führungsposition
und der Istposition wie folgt
Weiterhin liefert der zweite Vergleicher 3 die Differenz zwischen dem Ausgang des
ersten Vergleichers 2 (Differenz zwischen den Positionen; und der Geschwindigkeitsfunktion
wie folgt
Der Motorantrieb 4 treibt den Motor 5, so daß der Ausgang des zweiten Vergleichers
3 Null wird. Entsprechend läßt sich der Arbeitsablauf der Vorrichtung nach Figur
1 mit der folgenden Gleichung (1) beschreiben:
Hierbei ist darauf hinzuweisen, daß die Frequenz der Führungsimpulse in Beziehung
zur Geschwindigkeit des Tisches steht, während die Anzahl der Impulse in Beziehung
zur zuruckgelegten Weglänge steht.
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Figur 2 zeigt das Blockdiagramm des Rechners zur Berechnung der Führungsposition
für die Vorrichtung nach Figur 1. Gemäß Figur 2 dient ein Eingangsschalter 9 zur
Auslösung des Startens und/oder des Anhaltens der Bewegung des Tisches, während
ein Vorzeichenregister 10 zur Speicherung des Vorzeichens (plus oder minus) der
Bewegungsrichtung vorgesehen ist. Eine Steuerschaltung steuert das Starten und/oder
Anhalten der Bewegung.
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Ein Impulsgenerator 12 arbeitet mit einer konstanten Schwingungsfrequenz.
Eine Ausgangsschaltung 13 liefert die Führungsimpulse mit dem Vorzeichen aus dem
Vorzeichenregister 10 und ist an das in Figur 1 gezeigte Positionsregister 1 angeschlossen.
Mit 14 ist die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung insgesamt bezeichnet.
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Wenn der Schalter 9 eingeschaltet wird, speichert das Vorzeichenregister
10 das Vorzeichen der Bewegung, während der Impulsgenerator 12, gesteuert durch
die Steuerschaltung 11, eine Impulsreihe erzeugt und die Ausgangsschaltung 13 den
Führungsimpuls mit dem Vorzeichen aus dem Vorzeichenregister 10 zum Positionsregister
1 abgibt. Wenn der Schalter 9 ausgeschaltet wird, hält die Steuerschaltung 11 den
Impulsgenerator 12 an, Die Frequenz des Impulsgenerators 12 gleicht
vi(t),
so daß gilt vi(t) = F . . . . . . . (2) Aus den Gleichungen (1) und (2) lassen sich
die Ausdrücke (3) und (4) herleiten: -o(t) = F(1. -exp( -t/T )) . . . . (3) vo(t)
= F exp(-t/#) . . . . (4) Ausdruck (3) steht während einer-Beschleunigungsperiode
und Ausdruck (4) während einer Verzögerungsperiode zur Verfügung. Der Unterschied
zwischen den Ausdrücken (3) und (4) rührt von der Differenz der Anfangswerte der
zur Auflösung der Gleichungen (1) und (2) verwendeten Integrierung her.
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Die ausgezogene Linie in Figur 3 zeigt die Führungsge--schwindigkeit
der Führungsimpulse, die der Schaltung 14 zugeführt werden. Hierbei ist zu beachten,
daß die Führungsgeschwindigkeit bei dem älteren Vorschlag konstant bzw. flach ist.
Die gestrichelte Linie in Figur 3 zeigt die tatsächliche Geschwindigkeit des Tisches.
Wie aus Figur 3 hervorgeht, wird der Tisch bei Vorgabe einer FührungsgeschwindigkeitF
F allmählich gemäß dem Ausdruck (3) beschleunigt bis zum Erreichen der endgültigen
Geschwindigkeit F und wird, wenn die Führungsgeschwindigkeit Null wird, verzögert
und erreicht allmählich, nach Maßgabe des Ausdruckes (4) die Geechwindigkeit Null,
Da die Führungsgeschwindigkeit bei dem älteren Vorschlag konstant oder flach ist,
ist die Beschleunigung des Tisches beim Beginn der Bewegung ein Maximum und die
Verzögerung des Tisches ebenfalls ein Maximum beim Beginn der Verzögerungsperiode.
Zu bemerken ist, daß die Beschleunigung-und/oder Verzögerung der Differentialkoeffizient
der Geschwindigkeit ist, und daß die. dem Motor und/oder dem Tisch zugeführte Leistung
proportional zur Beschleunigung und/odey.Verzögerung ist. Da es für jeden Motor
und/oder jeden Tisch einen zulässigen Maximalwert der Beschleunigung
und/oder
Verzögerung gibt, muß die tatsächliche, dem Motor und/oder dem Tisch erteilte Beschleunigung
und/oder Verzögerung kleiner als der Maximalwert sein, weshalb es eine lange Zeit
in Anspruch nimmt, ausgehend vom stationären Zustand eine konstante Geschwindigkeit
zu erreichen und/oder, ausgehend von konstanter Geschwindigkeit, die Geschwindigkeit
Null zu erreichen. Außerdem haftet dem älteren Vorschlag der Nachteil an, daß der
Energieverbrauch des Motors groß ist, da die Beschleunigungs- und/oder Verzögerungsdauer
groß ist.
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Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein von den
Nachteilen und Begrenzungen des älteren, mit digitaler Regelung arbeitenden Vorschlages
möglichst freies Beschleunigungs- und/oder Verzögerungssystem zu schaffen, das eine
Beschleunigung und/oder Verzögerung auf eine vorgegebene Geschwindigkeit in einer
kürzeren Zeitspanne und mit geringerem Energieverbrauch, als es bei dem älteren
Vorschlag der Fall ist, bewirken kann. Ferner soll ein Regelverfahren für ein derartiges
System angegeben werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe samt ihren vorteilhaften
Weiterbildungen geht aus den Ansprüchen hervor.
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Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten
an Hand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen
zeigen: Figur 1 Das Blockdiagramm eines älteren digitalen Regelsystems, Figur 2
das Blockdiagramm eines Rechners zur Berechnung der Führungsposition für die Vorrichtung
nach Figur 1, Figur 3 die Kurven der Führungsgeschwindigkeit und der tatsächlichen
Istgeschwindigkeit beim älteren System,
Figur 4 das Blockdiagramm
des Rechners zur Berechnung der Führungsposition gemäß der Erfindung, Figur 5 die
Kurven der Führungsgeschwindigkeit und der Istgeschwindigkeit bei der Erfindung,
-Figur 6 eine andere Kurve der Führungsgeschwindigkeit und der Istgeschwindigkeit
bei der Erfindung, Figur 7 ein anderes Blockdiagramm des Rechners zur Berechnung
der Führungsposition gemäß der Erfindung, Figur 8 das detaillierte Blockdiagramm
des Rechners 36 in Figur -7.
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Gemäß der Erfindung wird die Führungsgeschwindigkeit dem Ruckkopplungssys
tem so zugeführt, daß die Beschleunigung und/oder die Verzögerung des Motors konstant
ist, anstatt so daß die Führungsgeschwindigkeit konstant ist. Die Führungsgeschwindigkeit
hat gemäß der Erfindung drei Modi, wobei der erste Modus die Beschleunigung betrifft,
der zweite Modus die konstante Geschwindigkeit und der dritte Modus die Veyzögerung.
Wenn die zurückzulegende Weglänge sehr kurz istw wird der zweite Modus ausgelassen
und der erste Modus geht direkt in den dritten Modus über.
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Figur 4 zeigt das Blockdiagramm des Rechners zur Berechnung der Führungsposition
gemäß der Erfindung. In dieser Figur ist mit 9 der Eingangsschalter zur Auslösung
des Startens und/oder des Anhaltens der Bewegung bezeichnet, mit 10 ein Vorzeichenregister
zur Speicherung des Vorzeichens (plus oder minus) der Bewegungsrichtung, und mit
14 die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung. Die Bezugszahl 15 bezeichnet die Steuerschaltung
zur Steuerung des Startens, der Beschleunigung, der konstanten Geschwindigkeit,
der Verzögerung und des Anhaltens'der Bewegung. Mit 1,6 ist ein variabler Impulsgenerator
bezeichnet, bei dem die Frequenz der erzeugten Impulse veränderlich ist, während
mit 17 und 18 zwei Impulsgeneratoren bezeichnet sind, deren Frequenz festliegt.
Mit
19 ist eine Prequenzdetektorscllaltung zur Ermittlung der Ausgangsfrequenz
des variablen Impulsgenerators 16 bezeichnet. Ein Inverter 20 ändert das Vorzeichen
des Vorzeichenregisters. 10. Mit 21, 22 und 23 sind Ausgangsschaltungen bezeichnet,
an welche das Positionsregister 1 in Figur 1 angeschlossen ist.
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Wenn der Schalter 9 eingeschaltet wird, speichert das Vorzeichenregister
10 das Vorzeichen (die Richtung) der Bewegung, während die Steuerschaltung 15, die
sich jetzt im Beschleunigungsmodus befindet, bewirkt, daß der variable Impulsgenerator
16 eine Ausgangsfrequenz liefert, die ausgehend von der Frequenz Null linear ansteigt.
Außerdem wird bewirkt, daß der feste Impulsgenerator 17 eine konstante Frequenz
liefert. Wenn die Frequenzdetektorschaltung 19 feststellt, daß die Ausgangsfrequenz
des variablen Impulsgenerators 16 die Frequenz F erreicht, ändert die Steuerschaltung
15 den Betriebsmodus vom Beschleunigungsmodus in den Konstantgeschwindigkeitsmodus.
Beim Kons tantgeschwindigkeitsmodus bewirkt die Steuerschaltung 15, daß der variable
Impulsgenerator 16 die konstante Frequenz r erzeugt und daß der feste Impulsgenerator
17 anhält. Wenn als nächstes der Schalter 9 abgeschaltet wird, ändert die Steuerschaltung
15 ihren Betriebsmodus vom Konstantgeschwindigkeitsmodus in den Verzögerungsmodus.
Beim Verzögerungsmodus bewirkt die Steuerschaltung 15, daß der variable Impulsgenerator
17 eine Frequenz liefert, die ausgehend von der Frequenz F linear sinkt. Außerdem
wird bewirkt, daß der feste Impuls generator 18 die notwendigen Impulsreihen erzeugt.
Wenn die Frequenzdetektorschaltung 19 feststellt, daß die Ausgangsfrequenz des variablen
Impulsgenerators 16 im Verzögerungsmodus den Wert Null erreicht hat, dann wird der
Modus vom Verzögerungsmodus in den Stopmodus geändert. Im Stopmodus bewirkt die
Steuerschaltung 15, daß sowohl der variable Impulsgenerator 16 als auch der feste
Generator 18 angehalten sind.
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Es sollte beachtet werden, daß dann, wenn der Schalter 9 während des
Beschleunigungsmodus (nicht während des Konstantgeschwindigkeit-smodus) abgeschaltet
wird, der Modus vom Beschleunigungsmodus unmittelbar in den Verzögerungsmodus geändert
wird und der variable Impulsgenerator 16 die Frequenz liefert, die von Fr linear
abfällt, wobei F die Frequenz ist, bei ewlcher der Schalter 9 abgeschaltet wurde,
sowie der feste Impulsgenerator 17 anhält und der andere feste Impulsgenerator 18
startet.
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Die Ausgangsschaltung 21 liefert die Führungsimpulse zum Positionsregister
1 gemäß den Ausgangsimpulsen vom variablen Impulsgenerator 16 und dem Vorzeichen
vom Vorzeichenregister 10. Die Ausgangsschaltung 22 liefert die Führungsimpulse
zum Positionsregister 1 gemäß den Ausgangsimpulsen vom festen Impulsgenerator 17
und dem Vorzeichen vom Vorzeichenregister 10. Die Ausgangsschaltung 23 liefert die
Führungsimpulse zum Positionsregister 1 gemäß den Impulsen vom festen Impulsgenerator
18 und dem invertierten Vorzeichen vom Vorzeichenregister 10.
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Im folgenden wird die obige Arbeitsweise näher unter Verwendung mathematischer
Ausdrücke erläutert.
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Es sei angenommen, daß die Ausgangs frequenzen des variablen Impulsgenerators
16 und des festen Impulsgenerators 17 beim Beschleunigungsmodus den Ausdrücken (5)
bzw. (6) gehorchen.
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Dann ergibt sich die Frequenz der dem Positionsregister 1 zugeführten
Impulse aus dem Ausdruck (7).
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v16(t) = F/a t (a ist konstant) . . . . . . (5) v17(t) = vr . . .
. . . . . . . . (6) vi(t) = v16(t) + v(17) = F/a t + vr . . . . (7)
Beim
Konstantgeschwindigkeitsmodus ergeben sich die Ausgangsfrequenz v16(t) des variablen
Impulsgenerators 16 und die dem Positionsregister 1 zugeführte Frequenz v aus den
Ausdrücken (8) bzw. (9): v16(t) = F . . . . . . . . . . . . (8) vi(z) = v16(t) =
F . . . . . . . (9) Für den Verzögerungsmodus ergeben sich die Ausgangsfrequenzen
des variablen Impulsgenerators 16 und des festen Impulsgenerators 18 aus den Ausdrücken
(10) bzw.(11), wobei die dem Positionsregister 1 zugeführte Frequenz v. dem Ausdruck
(12) entspricht: vl6(t) = F - Fb t (b ist konstant) . . .(10) v18(t) = vf . . .
. . . . . . . . . (11) vi(t) = v16(t) - v18(t) = F - F/b t-vf . . . (12) Wenn andererseits
der Modus vom Beschleunigungsmodus unmittelbar in den Verzögerungsmodus geändert
wird, ohne dabei den Konstantgeschwindigkeitsmodus zu durchlaufen, ergibt sich die
Frequenz v16(t) des variablen Impulsgenerators 16 aus dem Ausdruck (13): v16(T1)
= Fr = F/a T1 . . . . . . . . (13) In diesem Ausdruck bedeutet Fr die Frequenz des
variablen Impulsgenerators 16 bei Änderung des Moduls und T1 die Zeitdauer der Modus
änderung. Entsprechend werden die Frequenz v16(t) des variablen Impulsgenerators
16 im Verzögerungsmodus und der Wert von vi(t) mit den Ausdrücken (14) bzw.
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(15) beschrieben:
v16(t) = Fr - F/b t . . . . . .
. . (14) vi(t) = Fr - F/b t - vf . . . . . . . (15) Die Schaltung gemäß Figur 1
arbeitet in der eingangs erläu terten Weise.
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Als nächstes wird die vom Tisch zurückgelegte Weglänge ererläutert.
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Die Beschleunigungszeit Tr, während welcher die Geschwindigkeit vl6(t)
von Null auf F ansteigt, läßt sich aus der Gleichung (5) ableiten und beträgt Tr
= a . . . . . . . . . . . (16) Die Verzögerungszeit Tf, während welcher v16(t) von
F auf Null abfällt, läßt sich aus der Gleichung (10) herleiten und beträgt Tf =
b . . . . . . . . . . . (17) Entsprechend wird unter Zugrundelegung des Ausdruckes
(18), in dem S konstant ist, v17(t) = S/ae v18(t) = S/b (18) die Anzahl der vom
festen Impulsgenerator 17 während des Beschleunigungsmodus erhaltenen Impulse gleich
der Anzahl der vom festen Impulsgenerator 18 während des Verzögerungsmodus erhaltenen
Impulse, so daß sich aus den Ausdrücken (16), (17) und (18) der Ausdruck (19) herleiten
läßt: v17(t) X Tr = v18(t) x Tf = 5 ° . . (19) Hierbei ist zu bemerken, daß das
Vorzeichen der Ausgangsimpulse von der Ausgangsschaltung 22 dem Vorzeichen der Impulse
von der Ausgangsschaltung 23 entgegengesetzt ist und
dann die Bewegung
des Tisches aufgrund der Impulse von der Ausgangsschaltung 22 durch diejenigen von
der Ausgangsschaltung 23 aufgehoben bzw. beseitigt wird. Die Bewegung des Tisches
hängt also ausschließlich von der Anzahl der Impulse ab, die vom variablen Impulsgenerator
16 erzeugt werden. Wenn der Beschleunigungsmodus unmittelbar in den Verzögerungsmodus
übergeht, ergibt sich die Beziehung zwischen der Beschleunigungszeit T1 und der
Verzögerungszeit T2 zu v16(T2)=0, wobei sich aus den Ausdrücken (13) und (14) der
Ausdruck (20) herleiten läßt: T1/T2 = a/b . . . . . . . . . . (20) Entsprechend
ist die Bedingung v17(t) x T1 = v18(t) x T2 erfüllt, so daß sich die Ausgangsimpulse
der festen Impulsgeneratoren 17 und 18 gegenseitig aufheben.
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Als nächstes wird eine andere Ausführungsform erläutert, die der Bedingung
v17(t) = rF/a, v18(t) = #F/b . . . . . (21) genügt. In diesem Fall wird die Größe
vi(t) aus den Ausdrücken (7), (9), (12) und (15) wie folgt hergeleitet: #F vi(t)
= F/a t + . . . . . . . . . . . (22) a vi(t) = F . . . . . . . . . . . (23) #F vi(t)
= F - F/b t - . . . . . . . . . . . (24) b vi(t) = Fr - F/b t - . . . . . . . .
. . . (25) b
Hierbei betrifft der Ausdruck (22) den Beschleunigungsmodus9
der Ausdrick (23) den Konstantgeschwindigkeitsmodus, der Ausdruck (24) den Verzögerungsmodus
und der Ausdruck (25) den Fall bei welchem der Beschleunigungsmodus unmittelbar
in den Verzögerungsmodus übergeht. Entsprechend ergibt sich die Geschwindigkeit
vo(t) für die vier genannten Fälle aus den Ausdrücken (22), (23) (24) bzw. (25),
zu: vo(t) = (F/a)t . . . . . . . . . . . . (26) vo(t) = F . . . . . . . . . . .
. (27) vo(t) = F - (F/b)t . . . . . . . . . . . . (28) vo(t) = Fr - (F/b)t . . .
. . . . . . . . . (29) Die Kurven von vi(t) und vo(t) für den Fall der drei Modi
(Beschleunigungsmodus, Verzögerungsmodus und Kons tantge schwindigkeitsmodus) sind
in Figur 5 mit ausgezogenen bzw.
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gestrichelten Linien dargestellt. Figur 6 zeigt die Kurven von v-.
(t) und vo(t) für den Fall, daß der Beschleunigungsmodus-unmittelbar in den Verzögerungsmodus
übergeht. Hierbei zeigt die ausgezogene Linie vi(t) und die gestrichelte Linie vo(t).
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Natürlich sind für den Fachmann zahlreiche Abwandlungen der in Figur
4 dargestellten Anordnung möglich Beispielsweise kann die Steuerschaltung 15 den
variablen Impulsgenerator 16 so steuerns daß der variable Impulsgenerator 16 eine
vorbestimmte Anfangsfrequenz anstelle der Frequenz Null beim Beschleunigungsmodus
hat. Der Verzögerungsmodus kann
in den Stopmodus geändert werden,
wenn die Frequenzdetektorschaltung 19 feststellt, daß die Frequenz des variablen
Impulsgenerators 16 auf eine vorbestimmte Frequenz (nicht auf Null) abgefallen ist.
Außerdem können die beiden festen Impulsgeneratoren 17 und 18 durch einen einzigen
festen Impulsgenerator ersetzt sein.
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Figur 7 zeigt das Blockdiagramm eines weiteren Rechners nach der Erfindung.
Hierbei sind in Figur 7 die Bauglieder, die in gleicher Form auch in der Anordnung
gemäß Figur 4 vorhanden sind, mit den gleichen Bezugs zeichen wie dort bezeichnet.
Mit 31 ist ein Schalter zur Auslösung des Startens und Anhaltens des Tisches bezeichnet,
mit 32 ein Register zur Speicherung der zurückgelegten Weglänge L, die aus der Eingangsinformation
über einen nicht gezeigten Streifenleser berechnet ist, und mit 33 ein Rechner zur
Berechnung der Anzahl der Ausgangsimpulse Pr P und P des variablen c f Impulsgenerators
16 während der Beschleunigungsperiode, der Kons tantgeschwindigkeitsperiode bzw.
der Verzögerungsperiode aus der Weglänge L. Mit 34 ist ein Pr-Register zur Speicherung
der Anzahl der während des Beschleunigungsmodus erzeugten Impulse bezeichnet. Mit
35 ist ein Pc-Register zur Speicherung der Anzahl der während des Konstantgeschwindig
keitsmodus erzeugten Impulse bezeichnet. Mit 36 ist ein Pf-Register zur Speicherung
der Anzahl der während des Verzögerungsmodus erzeugten Impulse bezeichnet, Mit 37
ist die Pr-Ausgangsschaltung zur Lieferung des Inhaltes des Pr-Registers 34 im Anfangszustand
des Beschleunigungsmodus bezeichnet. Mit 38 ist die Pc-Ausgangsschaltung zur Lieferung
des Inhaltes des Pc-Registers 35 im Anfangszustand des Konstantgeschwindigkeitsmodus
bezeichnet. Mit 39 ist die Ausgangsschaltung zur Lieferung des Inhaltes des Pf-Registers
36 im Ånfangsezustand des Verzögerungsmodus bezeichnet. Die Ausgangsschaltungen
37, 38 und 39 bestehen aus Verknüpfungsschaltungen,
Die Bezugsziffer
40 bezeichnet den Subtrahierzähler, welcher durch den Ausgang der Schaltungen 37,
38 oder 39 in Gang gesetzt wird, wobei der Inhalt des Zählers 40 durch jeden Impuls
vom variablen Impulsgenerator 16 um einen Schritt herabgesetzt wird. Mit 41 ist
der erste Nulldetektor zur Feststellung bezeichnet, daß der Inhalt des Zählers 40
den Wert Null erreicht hat. Mit 42 ist der Vorwärts/Rückwärts-Zähler bezeichnet,
dessen Inhalt durch die Impulse vom festen Impulsgenerator 17 um jeweils einen Schritt
erhöht und durch die Impulse vom festen Impulsgenerator 18 um jeweils einen Schritt
herabgesetzt wird. Mit 43 ist der zweite Nulldetektor bezeichnet, der zur Feststellung
dient, daß der Inhalt des Zählers 42 den Wert Null erreicht hat. Der variable Impuls
generator 16 arbeitet gemäß den Ausdrücken (5), (8), (10) und (14), während die
festen Impulsgeneratoren 17 und 18 gemäß dem Ausdruck (18) arbeiten.
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Wenn der Schalter 31 veranlaßt, daß der Streifenleser die Eingangsinformation
liest, speichert das Register die Weglänge L der Tisch-Bewegung und das Vorzeichenregister
10 das Vorzeichen der Bewegungsrichtung. Der Rechner 33 führt die folgenden Berechnungen
aus, und die Werte Pr, Pc und Pf werden in den Registern 34, 35 bzw. 36 gespeichert.
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P = aF/2, P = L - aF/2 - bF/2, Pf = bF/2, r c wenn L>aF/2 + bF/2)
. . . . . . (30) a = L, Pc = 0, Pf = L, r a + b a + b wenn L#aF/2 + Bf/2) . . .
. . . (31) In obigen Ausdrücken bedeutet F die konstante Geschwindigkeit, "a" die
Beschleunigungszeit und l'b't die Verzögerungszeit.
P und P im
Ausdruck 30 werden durch Integration der r f Ausdrücke (5) und (10) erhalten, während
P im Ausdruck c (30) durch Substraktion von Pr und Pf von L erhalten wird.
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Der Ausdruck (30) betrifft den Fall, daß alle drei Modi (Beschleunigung,
Konstantgeschwindigkeit und Verzögerung) benutzt werden, während der Ausdruck (31)
den Fall betrifft, daß der Beschleunigungsmodus unmittelbar in den Verzögerungsmodus
übergeht.
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Wenn der Schalter 31 eingeschaltet wird, legt die Steuerschaltung
15 den Beschleunigungsmodus fest, und der Inhalt des Pr-Registers 34 wird über die
Ausgangsschaltung 32 zum Zähler 40 überstellt, der variable Impulsgenerator arbeitet
gemäß dem Ausdruck (5) und der feste Impulsgenerator 17 arbeitet gemäß dem Ausdruck
(18). Der Vorwärts/Rückwärts-Zähler 42 erhält die Impulse vom festen Impulsgenerator
17 und addiert den Inhalt derselben. Der Subtrahier-Zähler 40 setzt den Inhalt derselben
jedesmal dann herab, wenn ein Impuls vom variablen Impulsgenerator 16 erhalten wird.
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Wenn der erste Nulldetektor 41 feststellt, daß der Inhalt des Zählers
40 Null erreicht hat, ändert die Steuerschaltung 15 den Modus vom Beschleunigungsmodus
in den Konstantgeschwindigkeitsmodus. Beim Konstantgeschwindigkeitsmodus wird der
Inhalt des Pc-Registers 35 zum Subtrahier-Zähler 40 über die Ausgangsschaltung 38
überstellt, der variable Impulsgenerator 16 arbeitet gemäß dem Ausdruck (8), und
der feste Impulsgenerator 17 hält an. Im Falle des Ausdruckes (30) ist die Beschleunigungszeit
Tr = a was sich aus den Ausdrücken (5) und (30) wie folgt herleitet:
Entsprechend gilt Tr = a . . . . . . . . . (32) Hieraus ergibt
sich v16(Tr) = (F/a) X Tr = F . . . . (33) Andererseits leitet sich im Fall des
Ausdruckes (31) die Beschleunigungszeit T1 aus den Ausdrücken (5) und (31) wie folgt
her:
## T1 Hieraus ergibt sich
und entsprechend
Der Inhalt des Subtrahierzählers 40 wird ausgehend vom Anfangswert P jedesmal dann
um einen Schritt herabgesetzt, c -wenn der variable Impulsgenerator 16 einen Ausgangsimpuls
liefert. Wenn dann der erste Nulldetektor 41 feststellt, daß der Inhalt des Zählers
40 Null erreicht hat, wird der Konstantgeschwi-ndigkeitsmodus in den Verzögerungsmodus
geändert. Wenn der Wert c Null ist, wird die Modusänderung bewirkt, bevor der variable
Impulsgenerator 16 einen Ausgangsimpuls liefert,
Beim Verzögerungsmodus
wird der Inhalt des Registers 36 zum Subtrahier-Zähler 40 über die Ausgangsschaltung
39 übers teilt, der variable Impulsgenerator 16 arbeitet gemäß den Ausdrücken (10)
oder (14), mider feste Impulsgenerator 17 arbeitet gemäß dem Ausdruck (18). Der
Vorwärts/Rückwärts-Zähler 42, dessen Inhalt beim Beschleunigungsmodus heraufgesetzt
wird, wird dann jedesmal, wenn der feste Impulsgenerator 18 einen Ausgangsimpuls
liefert, um einen Schritt zurückgeschaltet. Wenn der zweite Nulldetektor 43 feststellt,
daß der Inhalt des Zählers 42 den Wert Null erreicht hat, hält der feste Impulsgenerator
19 an. Bei diesem Modus, im Fall des Ausdruckes (30), leitet sich die Verzögerungszeit
Tf aus den Ausdrücken (10) und (30) wie folgt ab:
= FTf - Tf² 2b Hieraus ergibt sich Tf = b . . . . . . . . . (36) und V16(Tf) = F
b b- Tf = 0 . . . . . (37) Im Fall des Ausdruckes (31) leitet sich die Verzögerungszeit
T2 da Pf = --b L und Fr = V16(T1), a + b aus den Ausdrücken (14) und (35) wie folgt
zu
her, und entsprechend ergibt sich v16(T2) = Fr - F/b T2 = 0 . . . . . . (39) Im
Stopmodus hält der variable Impulsgenerator 16 anO Als nächstes wird die Arbeitsdauer
des festen Impulsgenerators 18 erläutert.
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Im Fall des Ausdruckes (30) ergibt sich die genannte Dauer Tdf aus
den Ausdrücken (18) und (32) wie folgt Tdf = (vl7(t) x Tr) / vl8(t) =((S/a) x a)
/(S/b) = b . . . . . . . . . . . (40) Im Fall des Ausdruckes (31) ergibt sich die
Arbeitsdauer Td2 des festen Impulsgenerators 18 aus den Ausdrücken (18) und (34)
wie folgt: Td2 = V17(t) x T1 / v18(t)
An Hand der Ausdrücke (36) (38), (40) und (41) ist erkennbar,
daß der variable Impulsgenerator 16 zum gleichen Zeitpunkt wie der feste Impulsgenerator
18 anhält.
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Figur 8 zeigt das Blockdiagramm des Rechners 33 in Figur 7.
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In Figur 8 bezeichnen die Bezugszahlen 101, 102, 103, 104 und 105
Register zur Speicherung einer Konstanten, 106 einen Subtrahierer, 107 und 108 Multiplizierer,
109, 110, 111, 112, 113 und 114 Undglieder sowie 115, 116 und 117 Oderglieder.
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Der Wert L in Register 32 wird dem Subtrahierer 106 und den Multiplizierern
107 und 108 zugeführt. Das Register 101 liefert die Konstante aF/2 zum Subtrahierer
106 und zum Undglied 109, während das Register 102 die Konstante bF/2 zum Subtrahierer
106 und zum Undglied 111 liefert. Das Register 103 liefert die Konstante a/(a+b)
zum Multiplizierer 101, das Register 104 liefert die Konstante b/(a+b) zum Multiplizierer
108 und das Register 105 liefert Null zur Verknüpfungsschaltung 113. Der Subtrahierer
106 erzeugt den Wert (L-aF/2 - bF/2) für das Undglied 110, der Multiplizierer 107
liefert das Produkt ((a/(a+b)) x L) zum Undglied 112 und der Multiplizierer 108
liefert das Produkt ((b/(a+b)) x L) zum Undglied 114.
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Wenn der Ausgang des Subtrahierers 106 (=L-aF-bF) positiv ist, liefert
der Subtrahierer 106 das Torsignal zu den Undgliedern 109, 110 und 111, die dann
die Signale aF/2, L-aF/2 - bF/2 bzw. bF/2 über die Oderglieder 115, 116 und 117
zu den Registern 34, 35 bzw. 36 hindurchlassen. Wenn der Ausgang des Subtrahierers
1G6 (=L-aF-bF) Null oder negativ ist,liefert der Subtrahierer 106 das Torsignal
zu den Undgliedern 112, 113 und 114, die dann die Signale (a/(a+b)) x L, 0 und (b/(a+b))
x L über die Oderglieder 115, 116 und 117 zu den Registern 34, 35 bzw. 36 hindurchlassen.
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Wie oben- erläutert wurde, werden bei der Ausführungsform gemäß Figuren
7 und 8 die Ausgangsimpulse vom festen Impulsgenerator 17 durch diejenigen vom anderen
festen Impulsgenerator 18 aufgehoben, so das die zurückgelegte Weglänge ausschließlich
von der Anzahl der Impulse abhängt, welche der variable Impulsgenerator 16 liefert.
Entsprechend kann die zurückgelegte Weglänge präzise kontrolliert-und die Stellung
oder Position, in welcher der Tisch anhält, genau festgelegt werden, und zwar selbst
dann wenn die festen Impulsgeneratoren 17 und 18 nicht strikt gemäß dem -Ausdruck
(18) arbeiten.
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Wie ebenfalls oben bereits genau erläutert wurde, kann mit der Erfindung,
die einen Rechner zur Berechnung einer .hrungsposition aufweist, die Geschwindigkeit
des Tisches während des Beschleunigungsmodus und des Verzögerungsmodus geregelt
werden-und eine konstante Beschleunigung eingehalten werden. Hierdurch lassen sich
die Beschleunigungszeit und/oder die Verzögerungszeit bzw. -Dauer reduzieren.
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Darüber hinaus-kann, wenn ein Gleichstrommotor zum Antrieb des Tisches
Verwendung findet, die Wärmeentwicklung des Motors reduziert werden indem ein konstantes
Beschleunigungs- und/oder Verzögerungs-Drehmoment eingehalten wird, Mit- der Erfindung
-wird also ein neues und verbessertes, digital geregeltes Beschleunigungs- und Verzdgerungssystem
zur Verfügung gestellt, bei welchem, zusammengefaßt beschrieben, die für das Objekt
zur Anwendung kommende Zielgeschwindigkeit- im Beschleunigungsmodus und im Verzögerungsmodus
sich linear ändert, anstatt eine flache Zielgeschwindigkeit zu sein so daß die dem
Objekt erteilte Beschleunigung und/oder Verzögerung, die in einer Rückkopplungsschleife
geregelt wird, flach wird und entsprechend die Beschleunigungs- und/oder Verzögerungszeit
reduziert ist.
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Die Ausgänge des variablen Frequenzimpulsgenerators und des festen
Frequenzimpulsgenerators werden miteinander kombiniert, um die genannte Zielgeschwindigkeit
zu erzeugen, wobei die Anzahl der Summe der beiden Impuls generatoren als eine Führungsposition
für die Bewegung des Objektes verwendet wird.
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L e e r s e i t e