CH470713A - Device for the servomechanical conversion of an electrical signal into a path or an angular position - Google Patents

Device for the servomechanical conversion of an electrical signal into a path or an angular position

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CH470713A
CH470713A CH1510566A CH1510566A CH470713A CH 470713 A CH470713 A CH 470713A CH 1510566 A CH1510566 A CH 1510566A CH 1510566 A CH1510566 A CH 1510566A CH 470713 A CH470713 A CH 470713A
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CH
Switzerland
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synchronous
motors
motor
servomechanical
feedback sensor
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CH1510566A
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German (de)
Inventor
Nat Roeber Rolf Dipl-Phys Rer
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Inst Regelungstechnik
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00Control of position or direction
    • G05D3/12Control of position or direction using feedback
    • G05D3/14Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device
    • G05D3/16Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device whose output amplitude can only take a number of discrete values

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Description

  

  Einrichtung     zur    servomechanischen Umwandlung eines elektrischen     Signals    in einen Weg  oder eine     Winkelstellung       Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur     servo-          mechanischen    Umwandlung eines elektrischen Signals  in einen Weg oder eine Winkelstellung, bestehend aus  in einem Regelkreis von hintereinander angeordneten  Verstärkern, Motoren und     Rückführgebern.     



  Solche servomechanischen Einrichtungen finden An  wendung zur Fernübertragung von Befehlen und     Mess-          ergebnissen,    zur selbsttätigen Durchführung mathemati  scher Operationen, zum Speichern elektrisch analoger  Signale und sind Bestandteil vieler nach dem Kompen  sationsprinzip arbeitender Messeinrichtungen.  



  In den bisher bekannten servomechanischen Ein  richtungen wird das umzuwandelnde Signal nach ent  sprechender Verstärkung mit Hilfe eines Motors in eine  Weg- oder Winkelstellung überführt, die von einem Po  tentiometer oder einem andern     Rückführgeber    erfasst  und in ein das Eingangssignal kompensierendes Rück  führsignal umgewandelt wird. Als Motoren werden da  für vorwiegend Gleichstrom- oder Induktionsmotoren  verwendet. Durch geeignete Auswahl der Motoren und  durch vorteilhafte passive und aktive Rückführungs  netzwerke wird erreicht, dass die Einstellzeit für das  System bei der geforderten     Abgleichgenauigkeit    mög  lichst     klein    wird.  



  Bekannt ist auch die Verwendung eines     Kleinstsyn-          chronmotors    für relativ langsame servomechanische  Recheneinrichtungen. Bekannt ist schliesslich die Ver  wendung von Differentialgetrieben in Regelgetrieben  und zur Weg- oder Winkelverstellung mit zwei unter  schiedlichen     Stellgeschwindigkeiten.     



  Der Nachteil aller bisher bekannten Einrichtungen  ist der relativ hohe technische Aufwand und der Preis  für Servomechanismen mit     Einstellzeiten    unter eine Se  kunde für     Abgleichunsicherheiten    unter etwa 0,5 % und  sehr kleine Widerstands- und     Trägheitsmomente    als  Last, wie sie häufig in der     Mess-,        Regelungs-    und Re  chentechnik vorkommen. Der hohe Preis ist bedingt  durch die benötigten Spezialmotoren mit dem entspre  chenden dynamischen Verhalten.

   Diese Motoren sind  hauptsächlich     Gleichstrommotoren    mit teuren Edel-         metallkollektoren    und -bürsten bzw.     Wechselstrom-In-          duktionsmotoren    nach dem     Ferraisprinzip,    bei denen  der hohe Preis durch die notwendige Präzision bei der  Fertigung des Glockenläufers bedingt ist. Ausserdem  sind diese Motoren auf Grund ihres Prinzips relativ  störanfällige Bauelemente gegenüber den rauhen Be  triebsbedingungen im industriellen Einsatz.  



  Zweck der Erfindung ist die Herabsetzung des tech  nischen Aufwandes und des Preises bei der Erzielung  kurzer Einstellzeiten und kleiner     Abgleichunsicherheiten     zur Erweiterung des Einsatzbereiches und zur Erhöhung  der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit.  



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit ein  fachen, verschleissarmen und zuverlässigen Hilfsmitteln  ein elektrisches Signal (Strom, Spannung, Widerstand)  bei kleinen Widerstands- und     Trägheitsmomenten    der  zu bewegenden Last schnell und genau in einen Weg  oder einen Winkel z. B. in Form einer     Potentiometer-          stellung    zu überführen.  



  Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,  dass als     Stellantriebe    für den     Rückführgeber    mindestens  zwei Synchron- oder     Schrittmotore    mit permanent  magnetischem Rotor vorgesehen sind, von denen der  erste Synchron- oder Schrittmotor mit vorgeschaltetem       Dreipunktverstärker    direkt oder über erste untersetzende  Mittel und der zweite Synchron- oder Schrittmotor und  alle weiteren mit je einem vorgeschalteten Dreipunkt  verstärker, deren     Ansprechwerte    im Verhältnis der Un  tersetzungen herabgesetzt sind, mittelbar über zweite  abgestuft untersetzende Mittel auf den Eingang des       Rückführgebers    geschaltet sind.  



  In einer     vorteilhaften        Ausführungsform    ist bei der  Verwendung von zwei Synchronmotoren der erste Syn  chronmotor mit der Achse des     Rückführgebers    und der  zweite Synchronmotor mit dem Gehäuse des     Rückführ-          gebers    gekuppelt.  



  Bei Servomechanismen nach der     Erfindung    lässt sich  bei Verwendung von n Synchron- oder Schrittmacher  motoren, die in der Zeit     z    m Schritte vornehmen oder  einen Weg- oder eine Winkelverschiebung von m - Q x      bewirken, in einer Zeit von n -     -c    ein vollständiger Ab  gleich bis auf eine Unsicherheit von     1:mn        verwirklichen.     Dabei ist     z    die Zeit, in der der     schnellste    Motor in m  Schritten einen     maximalen        Stellweg    bzw. einen Winkel x       zurücklegt.    Bei einer Arbeitsfrequenz des Motors der  Grösse v ist
EMI0002.0009  
   Werden, z.

   B. bei einer Arbeits  frequenz von 50 Hz, zwei Motoren verwendet, so stellt  der erste Motor den     maximalen    Winkel in m = 20  Schritten und der zweite Motor bei einer Untersetzung  von 1:20 in     m2    = 400 Schritten, somit beträgt die Stell  zeit für den     Abgleich    bis auf   0,25     11/o    nur 0,4s gegen  über 4s bei Verwendung nur eines Motors.

   Es ist also  möglich, mit zwei handelsüblichen     Kleinstsynchron-          motoren,    die bei fast unbegrenzter Lebensdauer kon  taktlos,     wartungsfrei    und weitgehend verschleissfrei  arbeiten, ein technisches Ergebnis zu erzielen, das  bestenfalls mit     Gleichstromspezialmotoren,        Ferraris-          oder        Mittelfrequenzmotoren    erzielbar ist. Dabei beträgt  der Preis für umsteuerbare     Kleinstsynchronmotoren    nur  einen geringen Bruchteil des Preises von hochwertigen  Regelmotoren.

   Wie aus dem Rechenbeispiel zu ersehen,  ist es möglich, elektromechanische Einrichtungen zur  Speicherung elektrisch analoger Signale mit einer Ge  schwindigkeit von 1000     bit/s    vorzunehmen oder mit  gleicher Geschwindigkeit die elementaren Rechenope  rationen     durchzuführen.     



  Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in den  Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher  erläutert werden. Es zeigen:       Fig.    1 einen     Signalflussplan    und       Fig.    2 das Schema des Zusammenwirkens von zwei  Synchronmotoren ohne eigentliches Differentialgetriebe  und Rutschkupplungen.  



  In     Fig.    1 ist das umzuwandelnde elektrische Signal       Xe    eine Gleichspannung und das Ausgangssignal     X.,    als       Potentiometerwinkelstellung    bezeichnet. Die     I-Glieder     charakterisieren zwei     Kleinstsynchronmotoren    4; 5. Die  sen sind je ein     Dreipunktverstärker    2; 3 vorgeschaltet.  



  Ein Bauglied 1 mit     Po-Verhalten    dient zur definier  ten     Herabsetzung    der Empfindlichkeit des Dreipunkt  schaltverstärkers 3 und damit zur Festlegung des     ver-          grösserten        Ansprechwertes    für den     Kleinstsynchron-          motor    5.

   Dieser     Kleinstsynchronmotor    5 wirkt über ein       Untersetzungsgetriebe    7 auf die Achse eines     Potentio-          meters    8 ein, während der     Kleinstsynchronmotor    4  durch ein     Untersetzungsgetriebe    6 mit     verminderter          Stellgeschwindigkeit    die Weg- oder Winkelverstellung  gewährleistet.

   Die Additionsstelle der Drehbewegungen  kennzeichnet ein Differentialgetriebe, das dem Potentio-         meter-Rückführgeber    8 zur Umwandlung des Ausgangs  signals     X.,    in ein das Signal     Xe    kompensierendes Rück  führsignal vorgeschaltet ist.  



       Fig.    2 zeigt das Zusammenwirken von zwei     Kleinst-          synchronmotoren    10; 20 ohne eigentliches     Differential-          getriebe    und ohne Rutschkupplungen, wobei der Motor  10 mit dem     übersetzungsverhältnis    von 1:1 über Stirn  räder 40, 50 und 60 auf die     Schleiferachse    des     Potentio-          meters    30 wirkt. Der zweite     Kleinstsynchronmotor        greift     mit verminderter Drehgeschwindigkeit über die Stirn  räder 90; 80 an einem Zahnkranz 70 des Gehäuses des       Potentiometers    30 an.

   Der erste     Kleinstsynchronmotor     10 kann mit seinem relativ kleinen Drehmoment an der  Achse des Stirnrades 60 gegen das im Verhältnis der  Untersetzung vergrösserte Drehmoment des     Kleinstsyn-          chronmotors    20 die Drehung des Gehäuses des     Poten-          tiometers    30 nicht beeinflussen.

   Anderseits kann auch  der     Kleinstsynchronmotor    20 selbst bei abgeschaltetem       Kleinstsynchronmotor    10 den Schleifer des     Potentio-          meters    30 nicht mitbewegen, weil das Widerstands  moment des     Potentiometers    wesentlich kleiner als das  Haltemoment des ausgeschalteten     Kleinstsynchron-          motors    1 ist. Das     Potentiometer    30 wirkt demnach  gleichzeitig als     Rutschkupplung.    Beide Drehbewegun  gen arbeiten also ohne gegenseitige     Rückwirkungen.  



  Device for servomechanical conversion of an electrical signal into a path or an angular position The invention relates to a device for servomechanical conversion of an electrical signal into a path or an angular position, consisting of amplifiers, motors and feedback sensors arranged one behind the other in a control loop.



  Such servomechanical devices are used for the remote transmission of commands and measurement results, for the automatic execution of mathematical operations, for storing electrical analog signals and are part of many measurement devices that work according to the compensation principle.



  In the previously known servomechanical devices, the signal to be converted is converted into a position or angular position after appropriate amplification using a motor, which is detected by a potentiometer or another feedback sensor and converted into a feedback signal that compensates for the input signal. The motors used are mainly direct current or induction motors. A suitable selection of the motors and advantageous passive and active feedback networks ensure that the setting time for the system is as short as possible with the required calibration accuracy.



  The use of a miniature synchronous motor for relatively slow servomechanical computing devices is also known. Finally, the use of differential gears in variable speed gears and for displacement or angle adjustment with two different setting speeds is known.



  The disadvantage of all previously known devices is the relatively high technical effort and the price for servomechanisms with setting times under a second for adjustment uncertainties under about 0.5% and very small moments of resistance and moments of inertia as a load, as they are often found in measurement and control - and computing technology occur. The high price is due to the special motors required with the corresponding dynamic behavior.

   These motors are mainly DC motors with expensive precious metal collectors and brushes or AC induction motors based on the Ferrais principle, where the high price is due to the precision required in the manufacture of the bell-shaped rotor. In addition, due to their principle, these motors are relatively fault-prone components compared to the rough operating conditions in industrial use.



  The purpose of the invention is to reduce the technical effort and the price while achieving short adjustment times and small adjustment uncertainties to expand the area of application and to increase the service life and reliability.



  The invention has for its object, with a fold, low-wear and reliable tools, an electrical signal (current, voltage, resistance) with small resistance and moments of inertia of the load to be moved quickly and accurately in a way or an angle z. B. in the form of a potentiometer setting.



  The object is achieved according to the invention in that at least two synchronous or stepper motors with a permanent magnetic rotor are provided as actuators for the feedback sensor, of which the first synchronous or stepper motor with an upstream three-point amplifier directly or via first reducing means and the second synchronous or stepper motor and all others, each with an upstream three-point amplifier, whose response values are reduced in the ratio of the reductions, are indirectly connected to the input of the feedback sensor via second stepped reduction means.



  In an advantageous embodiment, when two synchronous motors are used, the first synchronous motor is coupled to the axis of the feedback sensor and the second synchronous motor is coupled to the housing of the feedback sensor.



  In servomechanisms according to the invention, when using n synchronous or pacemaker motors, which take zm steps in time or cause a path or angular displacement of m - Q x, a complete Ab equal in a time of n - -c Realize up to an uncertainty of 1: mn. Here z is the time in which the fastest motor covers a maximum travel distance or an angle x in m steps. At a working frequency of the motor of the size v is
EMI0002.0009
   Will, e.g.

   B. at a working frequency of 50 Hz, two motors are used, the first motor sets the maximum angle in m = 20 steps and the second motor with a reduction of 1:20 in m2 = 400 steps, so the control time for the adjustment up to 0.25 11 / o only 0.4s compared to 4s when using only one motor.

   It is therefore possible to use two commercially available miniature synchronous motors, which work without contact, maintenance-free and largely wear-free for an almost unlimited service life, to achieve a technical result that can at best be achieved with special DC motors, Ferraris or medium-frequency motors. The price for reversible miniature synchronous motors is only a small fraction of the price of high-quality variable-speed motors.

   As can be seen from the calculation example, it is possible to make electromechanical devices for storing electrical analog signals with a speed of 1000 bit / s or to carry out the elementary arithmetic operations at the same speed.



  The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawings. The figures show: FIG. 1 a signal flow diagram and FIG. 2 the scheme of the interaction of two synchronous motors without actual differential gear and slip clutches.



  In Fig. 1, the electrical signal to be converted Xe is a DC voltage and the output signal X. is referred to as the potentiometer angle position. The I elements characterize two very small synchronous motors 4; 5. These are each a three-point amplifier 2; 3 upstream.



  A component 1 with Po behavior is used to reduce the sensitivity of the three-point switching amplifier 3 in a defined manner and thus to establish the increased response value for the miniature synchronous motor 5.

   This miniature synchronous motor 5 acts via a reduction gear 7 on the axis of a potentiometer 8, while the miniature synchronous motor 4 ensures the displacement or angular adjustment by means of a reduction gear 6 with reduced adjusting speed.

   The addition point of the rotary movements identifies a differential gear which is connected upstream of the potentiometer feedback sensor 8 for converting the output signal X. into a feedback signal that compensates for the signal Xe.



       2 shows the interaction of two very small synchronous motors 10; 20 without actual differential gear and without slip clutches, the motor 10 acting on the wiper axis of the potentiometer 30 with the transmission ratio of 1: 1 via spur gears 40, 50 and 60. The second miniature synchronous motor engages with reduced rotational speed on the spur gears 90; 80 on a ring gear 70 of the housing of the potentiometer 30.

   The first miniature synchronous motor 10, with its relatively small torque on the axis of the spur gear 60, cannot influence the rotation of the housing of the potentiometer 30 against the torque of the miniature synchronous motor 20, which is increased in relation to the reduction ratio.

   On the other hand, even when the miniature synchronous motor 10 is switched off, the miniature synchronous motor 20 cannot move the wiper of the potentiometer 30 with it, because the resistance torque of the potentiometer is significantly smaller than the holding torque of the miniature synchronous motor 1 switched off. The potentiometer 30 therefore simultaneously acts as a slip clutch. Both rotary movements work so without mutual feedback.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Einrichtung zur servomechanischen Umwandlung eines elektrischen Signals in einen Weg oder eine Win kelstellung, bestehend aus in einem Regelkreis von hin tereinander angeordneten Verstärkern, Motoren und Rückführgebern, dadurch gekennzeichnet, dass als Steh antriebe für den Rückführgeber mindestens zwei Syn chron- oder Schrittmotoren (4; PATENT CLAIM Device for the servomechanical conversion of an electrical signal into a path or an angular position, consisting of amplifiers, motors and feedback sensors arranged one behind the other in a control loop, characterized in that at least two synchronous or stepper motors (4th floor) are used as standing drives for the feedback sensor ; 5) mit permanentmagne tischem Rotor vorgesehen sind, von denen der erste Synchron- oder Schrittmotor (4) mit vorgeschaltetem Dreipunktverstärker (2) direkt oder über erste unter- setzende Mittel und der zweite Synchron- oder Schritt motor und alle weiteren mit je einem vorgeschalteten Dreipunktverstärker (2; 3<B>...</B> ), deren Ansprechwerte im Verhältnis der Untersetzungen herabgesetzt sind, mittel bar über zweite abgestuft untersetzende Mittel auf den Eingang des Rückführgebers (7; 8) geschaltet sind. 5) with permanent magnetic rotor are provided, of which the first synchronous or stepper motor (4) with an upstream three-point amplifier (2) directly or via first stepping means and the second synchronous or step motor and all others each with an upstream three-point amplifier (2; 3 <B> ... </B>), whose response values are reduced in relation to the reduction ratios, are switched to the input of the feedback sensor (7; 8) indirectly via second stepped reduction means. UNTERANSPRUCH Einrichtung nach Patentanspruch mit zwei Syn chronmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Synchronmotor (10) mit der Achse des Rückführgebers (30) und der zweite Synchronmotor (20) mit dem Ge häuse des Rückführgebers gekuppelt ist. SUBCLAIM Device according to claim with two synchronous motors, characterized in that the first synchronous motor (10) is coupled to the axis of the feedback sensor (30) and the second synchronous motor (20) is coupled to the housing of the feedback sensor.
CH1510566A 1966-05-25 1966-10-19 Device for the servomechanical conversion of an electrical signal into a path or an angular position CH470713A (en)

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CH (1) CH470713A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0055351A1 (en) * 1980-12-29 1982-07-07 Kraftwerk Union Aktiengesellschaft Electrohydraulic position drive for turbine valves

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0055351A1 (en) * 1980-12-29 1982-07-07 Kraftwerk Union Aktiengesellschaft Electrohydraulic position drive for turbine valves

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AT267663B (en) 1969-01-10

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