DE1216973B - Einrichtung zur Steuerung eines zum Verstellen eines Drehkoerpers in eine waehlbare Winkellage dienenden elektrischen Stellmotors - Google Patents

Einrichtung zur Steuerung eines zum Verstellen eines Drehkoerpers in eine waehlbare Winkellage dienenden elektrischen Stellmotors

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DE1216973B
DE1216973B DEJ25005A DEJ0025005A DE1216973B DE 1216973 B DE1216973 B DE 1216973B DE J25005 A DEJ25005 A DE J25005A DE J0025005 A DEJ0025005 A DE J0025005A DE 1216973 B DE1216973 B DE 1216973B
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DE
Germany
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rotating body
reflector
photocell
rotation
servomotor
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Application number
DEJ25005A
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English (en)
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Bin-Lun Ho
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International Business Machines Corp
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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
    • 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
    • G05D3/125Control of position or direction using feedback using discrete position sensor

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Steuerung eines zum Verstellen eines Drehkörpers in eine wählbare Winkellage dienenden elektrischen Stellmotors Mit fortschreitender Automatisierung haben Stehantriebe wachsende Bedeutung erlangt. Sie sind besonders dann wünschenswert, wenn ein mechanisches Element auf einen Impuls oder ein unverstärktes Signal hin verstellt werden soll, wozu ihm ein Stellmotor zugeordnet ist. Derartige Stehantriebe finden in den verschiedensten Gebieten der Technik Anwendung.
  • Die Verbreitung von Stehantrieben ist jedoch bisher infolge der häufig hohen Kosten bekannter Konstruktionen begrenzt geblieben. Die Ursache für diese hohen Kosten ist insbesondere in dem komplizierten Aufbau zu suchen, der sowohl die Herstellung als auch die Wartung sehr verteuert. So werden in herkömmlichen Stellantrieben häufig aufwendige elektronische Schaltungsanordnungen verwendet, wie z. B. Fehlereingangsverstärker, Geschwindigkeitseingangsverstärker, Addierverstärker, Phasendetektoren, Differenzverstärker. Einfachere bekannte Stellantriebe hingegen weisen erhebliche Nachteile auf, durch die ihrem verbreiteten Einsatz von vornherein enge Grenzen gesetzt waren. Insbesondere waren deren Arbeitsgeschwindigkeiten unbefriedigend, wenn der verwendete Stellantrieb nur für eine Drehrichtung ausgebildet war, so daß zur Einstellung von Drehkörpern Winkelverstellungen bis zu 360° ausgeführt werden mußten.
  • Ein verbesserter Stellantrieb arbeitet so, daß er in der einen Richtung voll wirksam ist, bis ein definierter Umschaltpunkt zwischen der Ausgangslage und der neuen Lage erreicht ist und sodann mit entgegengesetzt gerichtetem Antrieb bis zur ausgewählten neuen Lage läuft. Dabei wird eine in zwei Richtungen umschaltbare Anordnung mit Ausgangssignalen konstanter Amplitude verwendet. Diese Art eignet sich insbesondere für solche Stehantriebe, bei denen vorzugsweise nur drei Stellungen vorkommen, z. B. bei Leitwerken für Flugkörper mit den Positionen »Ausschlag links«, »Ausschlag rechts« und »Mittellage«. Sowohl die starke Begrenzung durch die Anzahl der Stellungen als auch der im allgemeinen notwendigerweise gleichmäßige Abstand zwischen den verschiedenen Stellungen und die begrenzte Arbeitsgeschwindigkeit lassen aber auch diese Stellantriebe unbefriedigend erscheinen. Denn es ist in vielen Fällen sehr schwierig, den Umschaltpunkt genau zu bestimmen; andererseits ist, wenn die Umsteuerung des Antriebs nicht zum richtigen Umschaltpunkt erfolgt, ein Schwingungsvorgang um die Soll-Lage die Folge, der stark zeitverzögernd wirkt.
  • Durch die Erfindung werden diese Nachteile beseitigt und eine Einrichtung geschaffen, die einfach im Aufbau, billig in der Herstellung und schnell arbeitend ist, wobei jeweils selbsttätig der kürzeste Verstellweg gewählt wird.
  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung eines zum Verstellen eines Drehkörpers in eine wählbare Winkellage dienenden elektrischen Stellmotors und ist dadurch gekennzeichnet, daß an dem Drehkörper ein Spiegel und ein Reflektor angebracht sind, daß um den Rand des Reflektors eine den wählbaren Winkellagen des Drehkörpers entsprechende Anzahl wahlweise einschaltbarer Lichtquellen ruhend angeordnet ist, daß die jeweils eingeschaltete Lichtquelle einerseits mit einer an der Außenseite des Reflektors angebrachten, die Nullstellung des Drehkörpers darstellenden Nullstellungsfotozelle und andererseits über den Spiegel und den Reflektor mit einer Drehrichtungsfotozelle zusammenwirkt, wobei die Nullstellungsfotozelle für den Stellmotor ein- und ausschaltend wirksam ist und die Drehrichtungsfotozelle die Drehrichtung des Stellmotors bestimmt, und daß der Reflektor durch eine Maske teilweise derart abgedeckt ist, daß mittels der Drehrichtungssteuerung durch die Drehrichtungsfotozelle der Verstellwinkel höchstens 180° beträgt.
  • Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung sind sowohl die Anzahl als auch die Abstände der einzelnen Winkellagen beliebig wählbar. Weiterhin muß der Umschaltpunkt nicht für jede Winkellage vorbestimmt werden. An Stelle von elektronischen Schaltungsanordnungen sind nur wenige optische Bauelemente erforderlich. Durch die Auswahl des jeweils kürzesten Weges durch Drehrichtungsumsteuerung des Stellmotors wird eine besonders kurze Verstellzeit erreicht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die Lichtquellen in einer ringförmigen Lichtleiteinrichtung angeordnet, in der die erzeugten Lichtstrahlen zu je einem zur Nullstellungsfotozelle und zum Spiegel gerichteten Strahl gebürdet werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform gemäß der Erfindung wird darin gesehen, daß der Spiegel mit einem exzentrisch zur Drehkörperachse angeordneten Gewicht verbunden und quer zur Drehkörper= achse schwenkbar gelagert ist, und daß die Maske des Reflektors derart gestaltet ist, daß eine Drehrichtungsumsteuerung des Stellmotors in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Drehkörpers vor dem Erreichen der Sollstellung des Drehkörpers auslösbar ist.
  • Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auf Grund der Gestaltung der Maske für sämtliche Winkellagen im Winkelbereich des Drehkörpers zwischen 0 und 360° nicht nur der jeweils kürzeste Verstellweg, sondern auch der jeweilige Umschaltpunkt festgelegt ist. Theoretisch bedeutet dies, daß eine praktisch stufenlose Anordnung von einzelnen Winkellagen möglich ist, ohne daß die optimale Arbeitsweise der Einrichtung davon beeinträchtigt wird. Durch die optische Arbeitsweise ist die Einrichtung außerdem praktisch verschleißfrei; außerdem ist sie nahezu universell einsetzbar.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung im folgenden beschrieben.
  • F i g. 1 ist eine schaubildlich-schematische Darstellung einer Steuereinrichtung gemäß der Erfindung; F i g. 2 ist ein Schnitt durch die Einrichtung nach F i g. 1, und F i g. 3 ist eine Draufsicht auf den Reflektor mit Maske nach F i g. 1 und 2.
  • Gemäß F i g. 1 ist aus einem als Welle 2 ausgestalteten einzustellenden Drehkörper ein als Parabolspiegel ausgebildeter Reflektor 1 befestigt. Oberhalb des Reflektors 1 sind um dessen Rand herum mehrere Lampen 3 als Lichtquellen ruhend angeordnet, und zwar je eine Lampe für jede wählbare Stellung der Welle. Jeder Lampe 3 ist eine Lichtleiteinrichtung 4 zugeordnet, die das von der Lampe erzeugte Licht in zwei Richtungen lenkt. An der Außenseite des mit einer Maske versehenen Reflektors 1 ist eine Fotozelle 5 zur Abtastung der Nullstellung, im folgenden Nullstellungsfotozelle genannt, angeordnet, die über eine Leitung 6, zwei Schleifringe 7 und eine Leitung 8 mit einer Schaltvorrichtung 9 für einen elektrischen Stellmotor 9a verbunden ist.
  • Mit dem in den Reflektor 1 hineinragenden Ende der Welle 2 ist eine Spiegeleinrichtung fest verbunden, deren Einzelheiten in F i g. 2 dargestellt sind. Ein Spiegel 10 ist in Lagern 11 eines U-förmigen Halters 12 quer zur Achse der Welle 2 schwenkbar gelagert. Am unteren Ende des Spiegels 10 sind zwei Schraubenfedern 13 und 14 befestigt, die außerdem an den Außenseiten der Welle 2 angebracht sind. Diese Federn 13 und 14 zentrieren den Spiegel 10 bezüglich der Welle 2. Am oberen Ende des Spiegels 10 ist ein Gewicht 15 angebracht, das, sobald die Welle 2 durch den Stellmotor 9 a gedreht wird, den Rückstellkräften der Federn 13 und 14 entgegenwirkt.
  • Oberhalb des Reflektors 1 ist außerdem zentrisch zur Welle 2 eine optische Linse 16 sowie eine über eine Leitung 18 mit der Schaltvorrichtung 9 verbundene Drehrichtungsfotozelle 17 angeordnet.
  • Aus F i g. 3 ist die Einstellung der Nullstellungsfotozelle 5, der Lampen 3 und des Musters der Maske auf dem Reflektor 1 ersichtlich. Wie später noch näher erläutert wird, ist die Maske so gestaltet, daß die Welle stets auf dem kürzesten Wege in die neue Stellung gedreht wird und daß der Umschaltpunkt in Abhängigkeit von der jeweiligen Winkelgeschwindigkeit der Welle veränderbar ist.
  • Beim Betrieb der Einrichtung liefert die am Reflektor 1 angebrachte Nullstellungsfotozelle 5 ein Steuersignal zur Schaltvorrichtung 9 des Stellmotors 9 a und schaltet diesen ab, sobald ein Lichtstrahl auf sie trifft, schaltet ihn jedoch ein, solange kein Licht abgetastet wird. Die Drehrichtungsfotozelle 17 ist als Richtungssteuereinrichtung wirksam und sendet ebenfalls Steuersignale zur Schaltvorrichtung 9. Ist die Drehrichtungfotozelle 17 belichtet, so bewirkt sie den Umlauf des Stellmotors 9 a in der einen Richtung, und wenn sie kein Lichtsignal empfängt, läuft der Stellmotor in der anderen Drehrichtung um. Zur Aufnahme und Auswertung der von den Fotozellen 5 und 17 gelieferten Steuersignale kann eine beliebige bekannte Steuervorrichtung benutzt werden, z. B. mit Siliziumgleichrichtern. Die Richtung, in der sich der Stellmotor auf ein Lichtsignal bzw. kein Lichtsignal an Fotozelle 17 hin dreht, hängt von der Gestaltung der Maske des Reflektors 1 ab, wie noch erläutert werden wird.
  • Soll die Welle 2 in eine neue Stellung verstellt werden, so wird die dieser Stellung entsprechende Lampe 3 eingeschaltet und deren Licht mittels der Lichtleiteinrichtung 4 mit zwei Kanälen in zwei Strahlen 19 und 20 aufgeteilt. Der Strahl 19 wird in den Weg zur Nullstellungsfotozelle 5 und der Strahl 20 zum Spiegel 10 geleitet, durch den er auf den mit der Maske teilweise abgedeckten Reflektor 1 reflektiert wird. Je nach dem Winkel zwischen der augenblicklichen und der neuen Stellung der Welle fällt der Strahl 20 entweder auf einen spiegelnden oder einen abgedeckten Teil des Reflektors 1. Das Abdeckmuster der Maske ist so entworfen, daß, wenn die der neuen Stellung zugeordnete Lampe 3 zu der der bisherigen Stellung entsprechenden Lampe 3 um weniger als 180° im Uhrzeigersinne versetzt liegt, der Strahl 20 auf einen spiegelnden Teil des Reflektors 1 auftrifft, auf die Drehrichtungsfotozelle 17 reflektiert wird, und den Stellmotor 9 a zur Drehung der Welle 2 im Uhrzeigersinn veranlaßt. Ist der Abstand zwischen der der neuen Stellung entsprechenden Lampe 3 und der der augenblicklichen Stellung entsprechenden Lampe größer als 180° im Uhrzeigersinn, so wird der Strahl 20 nicht reflektiert und die Drehrichiungsfotozelle 17 nicht belichtet, so daß der Motor 9 a entgegen dem Uhrzeigersinn anläuft.
  • In beiden Fällen wird zugleich mit dem Abschalten der der bisherigen Stellung entsprechenden Lampe 3 die Nullstellungsfotozelle 5 kein Licht mehr empfangen und daher den Stellmotor 9 a einschalten. Seine Drehrichtung in die neu angezeigte Stellung hängt von dem Steuerimpuls der Drehrichtungsfotozelle 17 ab, und stets wählt die Einrichtung so den kleineren Winkel, also den kürzesten Weg, für die Wellendrehung aus.
  • Das in F i g. 3 gezeigte Maskenmuster läßt erkennen, daß, nachdem die Welle 2 ihre Drehung in die neue Stellung teilweise ausgeführt hat, ein dunkler Teil der Maske in die Bahn des Strahls 20 gedreht wird, also den Lichtstrahl zur Drehrichtungsfotozelle 17 unterbricht. Dadurch kehrt zu diesem Zeitpunkt der Stellmotor 9 a seine Drehrichtung um und bremst somit die Wellendrehbewegung ab. Das Muster der Maske ist so gestaltet, daß diese Bremswirkung genau zum richtigen Zeitpunkt erfolgt, um die Winkelgeschwindigkeit der Welle 2 bei Erreichen der neuen Stellung auf Null zu bringen. Eine Rückwärtsdrehung der Welle 2 ist dabei ausgeschlossen, denn bei Erreichen der neuen Stellung erhält die Nullstellungsfotozelle 5 den von der der neuen Stellung entsprechenden Lampe 3 kommenden Lichtstrahl 19 und bewirkt das Abschalten des Stellmotors 9a. Mit Hilfe dieser Nullinformation kann außerdem eine nicht gezeigte, an sich bekannte Sperrvorrichtung betätigt werden, um die Welle zu verriegeln und gegebenenfalls auszurichten.
  • Schwankungen in der Winkelgeschwindigkeit der Welle 2 werden durch die Beschwerung des Spiegels 10 durch das Gewicht 15 ausgeglichen. Dadurch wird die Motorumsteuerung entsprechend der Winkelgeschwindigkeit der Welle 2 zeitlich etwas vorverlegt. In F i g. 2 ist die Stellung des Spiegels 10 beim Einschalten der der neuen Stellung entsprechenden Lampe 3 mit ausgezogenen Linien dargestellt; die gestrichelten Linien zeigen die Spiegelstellung nach Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit der Welle 2. Mit steigender Winkelgeschwindigkeit wirkt die Zentrifugalkraft stärker auf das Gewicht 15 ein und neigt den Spiegel 10 entsprechend, wodurch der von der der neuen Stellung zugeordneten Lampe 3 kommende Strahl 20 auf einen niedriger gelegenen Teil des Reflektors 1 abgelenkt wird. Entsprechend dem Muster der Maske (F i g. 3) wird in Abhängigkeit von der drehzahlbedingten Zentrifugalkraft des Gewichtes 15 der Stellmotor 9a um so früher umgesteuert, je höher die Winkelgeschwindigkeit ist, so daß ein längerer Bremsweg erreicht wird.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Steuerung eines zum Verstellen eines Drehkörpers in eine wählbare Winkellage dienenden elektrischen Stellmotors, d a -durch gekennzeichnet, daß an dem Drehkörper (2) ein Spiegel (10) und ein Reflektor (1) angebracht sind, daß um den Rand des Reflektors (D eine den wählbaren Winkellagen des Drehkörpers (2) entsprechende Anzahl wahlweise einschaltbarer Lichtquellen (3) ruhend angeordnet ist, daß die jeweils eingeschaltete Lichtquelle (3) einerseits mit einer an der Außenseite des Reflektors (1) angebrachten, die Nullstellung des Drehkörpers (2) darstellenden Nullstellungsfotozelle (5) und andererseits über den Spiegel (10) und den Reflektor (1) mit einer Drehrichtungsfotozelle (17) zusammenwirkt, wobei die Nullstellungsfotozelle (5) für den Stellmotor (9a) ein-und ausschaltend wirksam ist und die Drehrichtungsfotozelle (17) die Drehrichtung des Stellmotors (9a) bestimmt, und daß der Reflektor (1) durch eine Maske teilweise derart abgedeckt ist, daß mittels der Drehrichtungssteuerung durch die Drehrichtungsfotozelle (17) der Verstellwinkel höchstens 180° beträgt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (3) in einer ringförmigen Lichtleiteinrichtung (4) angeordnet sind, in der die erzeugten Lichtstrahlen zu je einem zur Nullstellungsfotozelle (5) und zum Spiegel (10) gerichteten Strahl (19, 20) gebündelt werden.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (10) mit einem exzentrisch zur Drehkörperachse angeordneten Gewicht (15) verbunden und quer zur Drehkörperachse schwenkbar gelagert ist, und daß die Maske des Reflektors (1) derart gestaltet ist, daß eine Drehrichtungsumsteuerung des Stellmotors (9 a) in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Drehkörpers (2) vor dem Erreichen der Sollstellung des Drehkörpers (2) auslösbar ist.
DEJ25005A 1962-12-31 1963-12-21 Einrichtung zur Steuerung eines zum Verstellen eines Drehkoerpers in eine waehlbare Winkellage dienenden elektrischen Stellmotors Pending DE1216973B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0011217A1 (de) * 1978-11-11 1980-05-28 GRUNDIG E.M.V. Elektro-Mechanische Versuchsanstalt Max Grundig Elektronische Blockiereinrichtung für Gleichstrommotoren

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0011217A1 (de) * 1978-11-11 1980-05-28 GRUNDIG E.M.V. Elektro-Mechanische Versuchsanstalt Max Grundig Elektronische Blockiereinrichtung für Gleichstrommotoren

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