-
Vorrichtung zum Antrieb einea beweglichen Teiles mit genauer Steuerung
der Verstellung während seiner Bewegung Die Erfindung bezieht sich auf ein Bewegungssteuerungesyatel
zur Steuerung der Bewegung eines vorgegebenen Teiles gegenüber anderen Teilen und
bezweckt, die Momentan-Istverstellung des gesteuer-ten Teiles bei seiner Bewegung
zwischen zwei gewählten Endstellungen möglichst nahe der Momentan-Sollverstellung
zu halten oder führen.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Antriebssteuersystem
oder eine solch. Vorrichtung, mit der sich ein bewegt liches Teil sehr nahe seiner
augenblicklichen oder Momentan-Sollstellung halten oder führen läßt, und noch darin,
fUr ein solches Bewegungssteuersystem oNer -vorriohtung einen Antrieb mit verhältnismäßig
hoher Antriebskraft zu schaffen,
der ausserdem auch die Genauigkeit
und die sonstigen Eigenschaften hat, die gewöhnlich nur Antriebsvorrichtungen mit
hoher Ansprechempfindlichkeit und niedriger Leistung, beispielsweise Eort- oder
Schrittschaltmotoren oder trägheitsarme Servosysteme auSweisen..
-
Erfindungsgemäss ist zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen, dass das
eingangs genannte Bewegungssteuersystem aus einem den beweglichen Teil zwischen
seinen Endstellungen bewegeden Antriebamitteln, aus während der Verstellung dieses
eiles zwischen seinen Endstellungen ein mit der Zeit sich änderndes, eine Momentan-Sollstellung
des Teiles darstellendes Signal erzeugende Mitteln, aus wahrend der Verstellung
des Teiles zwischen seinen beiden Endstellungen ein die Momentan-Iststellung des
Teiles darstellendes Signal erzeugende Mitteln, aus das die Momentan-Sollstellung
darstellende Signal mit dem die Momentan-Iststellung darstellenden Signal vergleichende
und dabei ein die Momentan-Differenz zwischen den von den beiden Signalen dargestellten
Stellungen darstellendes Momentan-Fehlersignal erzeugenden Mitteln und aus während
der Verstellung des Teiles zwischen seinen beiden Endstellungen auf das Fehlersignal
ansprechenden und dabei der Bewegung des Teiles wiihrend seiner Verstellung zwischen
seinen beiden Endstellungen einen Korrektionsfaktor einführenden und somit eine
Verringerung des Nomentan-Fehlers snstrebende Mitteln, besteht.
-
Ausführungbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung im Folgenden
näher erläuters.
-
Es zeigen:
rig. 1 eine graphische Darstellung der
Wirkungsweise des Korrektionsantriebes, der einen Teil des Bewegungsseuersystems
nach der Erfindung bildet, Fig. 2 ein Blockschaltbild des Systems mit dem von zwei
Motoren gebilden Korrektionsantriebs und den übrigen Gliedern nach der Erfindung,
Fig. 3 eine graphische Darstellung der bei der Ermittlung von Fehlern durch die
einen anderen Teil des Bewegungssteuersystems nach der Erfindung bildenden Fehleremittlungsvorrichtung
im wesentlichen beteiligten Koordinaten und anderen Grössen, Fig. 4 ein Blockschaltbild
lit den wesentlichen Gliedern eines Bewegungssteuersystems nach der Erfindung in
der Anwendung bei einer Zeichenmaschine oder eines Kurvenschreiber, bei den das
System ein spannungsgesteuertes Servosystem zum Einführen eines den fehler korrigierenden
oder D-Einflusees enthält, Fig. 5 eine graphische Darstellung entsprechend Fig.
3, die Jedoch ihr in einzelnen die bei der Ermittlung von Fehlern durch die Fehlerermittlungsvorrichtung
nach der Erfindung bei Verstellung des gesteuerten Teiles entlang geradliniger Bewegungsbahnabschnitte
beteiligten Komponenten und anderen Grßs.en erlSutert,
Fig. 6 ein
Blockschaltbild eines Bewegungssteuersy stems, das mit dem Blockschaltbild nach
Fig. 4-im wesentlichen übereinstimmt mit der Ausnahme, dass es einige der Glieder
oder Elemente mehr im einzelnen und einen Fortschaitmotor zum Zuführen von fehlerkorrigierendem
Einfluss zeigt, und das System ausserdem auf die Verstellung des gesteuerten Teiles
längs einer geradlinigen Bewegungsbahn beschränkt ist, Fig. 7 eine graphische Darstellung
entsprechend nach Fig. 5, die jedoch die bei der Fehlerermittlung bei Verwendung
der anderen Koordinatenachse als Befehls-Achse beteiligten Koordinaten und sonstigen
Grössen veranschaulicht, Fig. 8a und 8b zusammen ein Blockschaltbild einer besonderen
Ausführungsform des allgemeinen Bewegungssteuersystems nach Fig. 6, bei dem die
Y-Achse statt der X-Achse die Befehls-Achse ist, Fig. 9a und 9b zusammen ein Blockschaltbild
einer noch weiteren Ausführtingsform des allgemeinen Systems nach Fig. 6, bei dem
insbesondere die Mittel zur Vorbereitung der Wahl der -oder- Befehls-Achse vor der
Verstellung des gesteuerten Teiles entlang des nächstfolgenden Bewegungsbahnabschnittes,
dargestellt sind0
Fig. 1 und 2 zeigen im wesentlichen die Wirkungsweise
und den Aufbau eines Korrektionsantriebes, bei dem ein oder mehrere Korrektionsmotoren
verwendet werden, um die am Ausgang eines Antriebsmotors auftretenden Fehler auszugleichen.
Ein solcher Korrektionsantrieb ist hervorragend geeignet zur Verwendung bei einer
im Nachstehenden noch näher beschriebenen Digital-Fehlerermittlungsvorrichtung,
jedoch ist seine Anwendung nicht unbedingt auf irgendein besonderes Verfahren oder
eine Vorrichtung zur Fehlerermittlung beschränkt. Er ißt besonders nützlich bei
jedem beliebigen Bewegungssteuersystem, bei dem ein leistungsstarker Antrieb mit
hoher Präzision und Genauigkeit verlangt wird.
-
In Fig. 1 stellt die starke Linie 12 die Soll-Bewegungsbahn des gesteuerten
Teiles einer Bewegungssteuervorrichtung dar, bei der der gesteuerte Teil in den
beiden Richtungen eines durch die Achten X Ünd T dargestellten zweidimensionalen
toordinatensystems bewegbar ist. In der Annahme, dass diese Bewegungsbahn mit verhältnismässig
hoher Geschwindigkeit aufgeschrieben warden soll, kann die Ist-Bewegungsbahn des
Teiles bei einer üblichen Bewegungssteuervorrichtung ohne Korrektionsrotor durch
eine Linie, beispielsweise der Linie 13, die der Boll-Bewegungsbahn 12 nicht gtau
folgt, in für sie typischer Weise dargestellt werden. Um den zwischen der Soll-Linie
12 und der Ist-Linie 13 bestehenden Fehler zu beseitigen und auszugleichen, erzeugt
der Korrektionsmotor nach der Erfindung eine Ausgangsgrösse, die der Grösse der
Bewegung oder Verstellung des gestenerten Teiles hinsugefügt (addiert) wird und
dem Fahler genau gleich oder sehr angenähert ist. In Fig.
-
1 ist die ven dem Korrektionsmotor erzeugte Bewegungskomponente
als
Linie 14 gezeigt. Wenn diese letztgenannte Komponente der von dem Antriebsmotor
erzeugten, durch die Linie 13 dargestellten Komponente hinzugefu?gt (addiert) wird,
so stimmt die sich daraus ergebende Bewegung des Teiles mit der Soll-Linie 12 überein.
-
Fig. 2 zeigt einen Korrektionsantrieb nach der Erfindung, der aus
einem Hauptantriebsmotor 15 besteht, der im Vergleich zu den Korrektionsmotoren
bei einem typischen verhältnismässig langsamen Ansprechen eine verhältnismässig
hohe Leistung hat. Dieser Antriebsmotor spricht auf ein an einer Eingangsleitung
16 auftretendes Steuerbefehlsignal an und hat ein bei 17 angegebenes Ausgangselement,
das sich in einem typischen Falle in seiner Stellung um + 10 % von der durch den
an der Leitung 16 auftretenden Eingangsgrösse gesteuerten befohlenen Stellung unterscheidet.
-
Das Ausgangselement 17 kann eine umlaufende Welle sein, der ein Codierer
18 zugeordnet ist, der die Stellung der Welle abfühlt und ein ihr entsprechendes
Ausgangssignal erzeugt, das in eine Summier- oder Vergleichsvorrichtung 19 eingegeben
wird. In die Suniiaier- oder Vergleichsvorrichtung 19 wird ausserdem die Ausgangsgrösse
eines Bezugsgrössen-Gebers 20 übertragen1 der ein der Momentan-Sollstellung des
gesteuerten Teiles entsprechendes Signal erzeugt. Die dem am Ausgang 17 auftretenden
Fehler entsprechende Ausgangggrösse der Summier-oder Vergleichsvorrichtung 19 wird
in einen ersten Korrektionsmotor 21 mit einem Ausgangselement 22 übertragen, dessen
Verstellung abhängig von der Ausgangsgrösse an der Summierstelle 19 gesteuert wird.
Die Verstellung des Ausgangselements 22 wird wiederun auf eine mechanische Summierstelle
23, beispielsweise auf einen Differentialmechanismus,
übertragen
und mit der Verstellung des Ausgangselements 17 kombiniert. Wird angenommen, dass
der Korrektionsmotor 21 sein Ausgangselement 22 innerhalb + 10 % des ihm zugeführten
Eingangssignals stellen kann, folgt, dass das Ausgangselement 25 der mechanischen
Summierstelle 23 innerhalb eines Fehlers von + 1,0 % für das gesamte System gestellt
werden kann.
-
Wenn der mit einem Eorrektionsmotor erzielte Gesamtfehler im System
noch zu gross ist, lässt dieser sich verringern durch Verwendung eines oder mehrerer
zusätzlicher Korrektionsmotoren nach dem Blockschaltbild der Fig. 2, in der zur
Erläuterung noch ein zweiter Korrektionsmotor dargestellt ist. Gemäss Fig. 2 ist
dem Ausgangselement 25 der ersten mechanischen Summierstelle 23, die wiederum eine
drehbare Welle sein kann, ein zweiter Wellencodierer 26 zugeordnet, dessen Ausgangsgrösse
in eine Summier- oder Vergleichsvorrichtung 27 gegeben und mit dem Ausgangs signal
des Bezugsgrössengerbers 20 verglichen wird, um ein auf den zweiten Korrektionsmotor
28 übertragenes Fehlersignal zu erzeugen. Die Bewegung des iusgangselements 29 des
zweiten Korrektiosmotors wird in eine zweite mechanische Summierstelle 30 übertragen
und mit der Bewegung des Ausgangselements 25 kombiniert, um eine daraus resultierende
Bewegung des Ausgangselements 31 zu erzeugen. In der Inzianme, dass der zweite Korrektionsmotor
28 einen + 10 % betragenden Fekler entsprechend den Notoren 15 und 21 hat, beträgt
der Fehler der sich ergebenden Stellung des Elements 31 für das geseite System +
0,1 %.
-
1Qich Big. 2 ist das System in Verbindung mit der Steuerung der VerstellunS
des Ausgangselements 31 vorgesehen. Dasselbe System ist ausserdem verwendbar zur
ßtruerung der Geschwindigkeit oder
Drehzahl des Ausgangselements,
indem die Codierer 18 und 26 durch die Drehzahl abfühlende Vorrichtungen, beispielsweise
Tachometer, ersetzt werden, und Korrektionsmotoren 21 und 28, bei denen die Drehzahl
der Ausgangselemente in Abhängigkeit von den den Motoren zugeführten Eingangssignalen
geregelt wird, sowie ein Bezugssignalgeber 20, der ein der Ifomentan-Sollgeschwindigkeit
oder -drehzahl des Ausgangselements 31 entsprechendes Ausgangssignal einführt, vorsehen
sind.
-
Fig. 3 und 4 beziehen sich auf ein Bewegungsteuersystem nach der Erfindung
in Anwendung auf einen Zeichenmaschine oder Kurvenschreiber oder eine sonstige zweidimensionale
Vorrichtung zum Zeichnen oder Verfolgen von Bewegungsbahnabschnitten, die die verschiedensten
Ausbildungen haben können und die sich durch eine mathematisch Beziehung oder Gleichung
definieren lassen, die mit einer der Koordinaten j Jeden Punkt der Bewegungsbahn
als Funktion der anderen Koordinate (Abszisse) ausdrückt.
-
Demgemäss stellt in Fig. 7 die Linie 32 einen Bewegungsbahnabschnitt
dar, über den der gesteuerte Teil bewegt werden soll.
-
Diese Bewegungsbahn ist in einem zweidimensionalen Koordinatensystem
dargestellt, das aus den zueinander senkrecht verlaufenden Achsen X und Y besteht.
Die nachfolgende Beschreibung der verschiedenen Systeme ist im wesentlichen auf
das Zeichnen eines einzigen Bewegungsbahnabschnittes, beispielsweise des mit -32
bezeichneten Bewegungsbahnabschnittes, beschränkt. Es ist jedoch klar, dass die
vollstandige Bewegungsbahn des Teiles aus einer grossen Anzahl solcher aufeinanderfolgender
Abschnitte zusammengesetzt sein kann. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird die X-Achse
als Befehls-Achse und die Y-Achse als Nicht-Befehls-Achse amgenommen.
-
Ferner stellen gemäss Fig. 3 die Koordinaten (xi, Yi) den Anfangspunkt
des Bewegungsbahnabschnittes 32 und die Koordinaten (xf, yf) den Endpunkt des Bewegungsbahnabschnittes
dar. Zwischen diesen beiden Punkten ist der Bewegungsbahnabschnitt 32 durch die
Gleichung y=f(x) dargestellt. Die Koordinaten (Xa ya) stellen die Ist-Stellung des
gesteuerten Teiles dar. Sofern der Punkt (xa, nicht auf der Linie 32 liegt, besteht
ein Fehler, der erfindungsgemäss parallel zu der Nicht-Befehls-Achse gemessen wird.
Die Koordinaten (xa,f(a)) stellen den Schnitt punkt der Linie 32 mit einer durch
den Punkt (xa, ya) zu der Nicht-Befehls-Achse parallel gezogenen Linie dar, so dass
der Stellungsfehler des gesteuerten Teiles als gleich f(xa)-ya definiert werden
kann. Wie nachstehend noch näher erläutert, wird der Weg des gesteuerten iles in
Übereinstimmung mit der Neigung der Soll-Bewegungsbahn an der Stelle (xa ,f(xa))
der Bewegungsbahn 32 entsprechend der zu der Befehls-Achse parallel gemessenen Momentan-
oder Ist-Verstellung des gesteuerten Teiles aus der Nicht-Befehls-Achse gesteuert.
-
Gemäss Fig. 4 weist ein numerisch gesteuertes Servosystem nach der
Erfindung einen Mechanismus 33 zum Verstellen des gesteuerten Teiles parallel zu
der X-Achse des zugeordneten Koordinatensystems und einen entsprechenden Nechanismus
34 zum Verstellen des gesteuerten Teiles parallel zu der Y-Achse des zugeordneten
Koordinatensystems auf. Die mechanischen Vorrichtungen 33 und 34 können entsprechend
der Art und der Verwendung des gesteuerten Teiles dio verschiedensten Poren haben,
Jedoch hat Jeder Mechanisitis einen mit 35 bzw. 36' bezeichneten, beweglichen Eingangsantriebsteil,
der eine drehbare Atriebswelle sein kann. Die
Drehbewegung des
Antriebsteiles 35 über eine gegebene Winkelverstellung erzeugt eine entsprechende,
verhältnisgleiche (proporwirkende tionalt) Bewegung des gesteuerten Teiles in einer
zur X-Achse parallelen Richtung, während die Drehbewegung der Antriebswelle 36'
über eine gegebene Winkelstellung in entsprechender Weise eine entsprechende verhältnisgleiche
Bewegung des gesteuerten Teiles in einer zur X-Achse parallelen Richtung erzeugt.
Jeder der Eingangsantriebsteile 35 und 36' wird von einer Hauptantriebsvorrichtung
mit einem auf Steuersignalspannung ansprechenden Servosystem (Reder mit D-Ennfluss)
angetrieben. In dem Schaltbild ist jedes der Hauptservosysteme von üblicher Bauart,
und es besteht aus einem Eingangsteil oder einer Summierstelle 36, einem Verstärker
As einem Antriebsmotor M und einem Tachometer X, dessen Ausgang, wie gezeigt, eine
Rückführung mit negativem Vorzeichen für das System bildet. Dem Antriebsmechanismus
für die Y-Achse ist ausserdem ein Differentialmechanismus D zugeordnet, der als
Eingänge die Ausgangswelle 36 des zugeordneten Hauptservosystems und die Ausgangswelle
102 eines nachstehend noch näher beschriebenen zugeordneten Korrektur-Servosystem
hat, bei dem das Antriebsteil 36' das Ausgangsteil des Differentialmechanismus D
ist. Ausserdem sind den Eingangsantriebsteilen 35 und 36' Codierer E, E' zugeordnet,
die von ihnen angetrieben werden und dabei eine codierte Ausgangs information liefern,
die die Ist-Koordinaten des gesteuerten Teiles in bezug auf die 1- und Y-Achse darstellt.
-
Der Ausgang eines jeden der Codierer E, E' kann beispielsweise ein
Gray-Code sein, wobei den Codierern je ein Code-Umsetzer 38 bzw. 38' zugeordnet
ist, der bei seinem Betrieb den codierten Ausgang aus dem zugeordneten Codierer
in eine digitale Darstellung zu umsetzt, die einem zugeordneten Register 39 bzw.
40 / geführt wird.
-
Diese und die sonstigen hier erwähnten digitalen Darstellungen können
beispielsweise eine Darstellung einer Binärzahl sein und bestehen aus einer Reihe
elektrischer Impulse, die in einem Verzögerungsleistungs-Register umlaufen bei dem
das Vorhandensein oder das Fehlen eines Impulses an einer besonderen Stelle der
Impuisreihe das Vorhandensein seiner t1 n oder einer "0" an einer besonderen Stelle
der Binärzahl darstellt. Ausserdem ist so, dass, obwohl in den verschiedenen hier
beschriebenen Systemen verschiedene unterschiedliche Register zur Speicherung der
verschiedenen digitalen Darstellungen gezeigt sind, gewünschtenfalls die Funktion
von zwei oder mehreren solcher Register in jedem System durch ein aus einer einzigen
Verzögerungsleitung bestehendes Register erfüllt werden kann, bei dem jede digitale
Darstellung einen vorgegebenen AnSil des durch das Register in Umlauf gesetzten
Signals belegt.
-
Das Register 39 ist als xa-Register bezeichnet und speichert eine
Digital-Darstellung der xa-Koordinate oder der Ist-Verstellung des gesteuerten Teiles
aus der Y-Achse, gemessen parallel zu der X-Achse. Entsprechend ist das Register
40 als ya-Achse bezeichnet und speichert eine Digital-Darstellung der ya-Koordinate
oder der Ist-Verstellung des gesteue-ten Teiles aus der 1-Achse, gemessen parallel
zu der Y-Achse . Im Verlaufe der Bewegung des gesteuerten Teiles über die Bewegungsbahn
32 werden die Codierer E, E' bei hoher ibfragegeschwindigkeit von beispielsweise
mehreren tatisendaal pro Bekunde wiederholt abgefragt und die Register 39 und 40
nach Bedarf bei gleich hohen Geschwindigkeiten (auf den neuesten Stand gebracht,
d.h. gekndert), so dass die in Jedem beliebigen Augenblick in den Registern auftrdenden
Digital-Darstellungen die Momentan-Iststellung des gesteuerten Teils sehr genau
darstellen.
-
Die Eingabeinformation wird dem System nach Fig. 4 über eine Eingangsvorrichtung
41 zugeführt, das beispielsweise ein Lochstreifen-Abfühler oder -leser sein kann.
Vor dem Zeichnen eines jeden Linienabschnittes, wie beispielsweise des Liaienabschnittes
32, wird die über die Eingangsvorrichtung 41 zugeführte Eingabeinformation in das
übrige System zugeführt. Wenn die durch das gesteuerte Teil bezeichneten bzw. gezogenen
Linienabschnitte auf gerade Linien begrenzt sind, kann diese Eingabeinformation
aus nichts mehr als den Soll-Endpunktkordinaten (xf,yf) des nächstfolgenden Linienabschnittes
bestehen. Falls jedoch die Linienabschnitte kurvenförmig sind, kann die Eingabeinformation
ausserdem eine die Gleichung y n f(x) des Linienabschnittes, das Vorzeichen der
Krümmung, die Mittellage usw. definierende Information enthalten. Diese Information
wird einem Digital-Rechner zugeführt, der nach Fig. 4 aus zwei gesonderten Digitalrechnern
42 und 44 bestehen kann, von denen der Rechner 42 als Steigungsmassrechner und der
Rechner 44 als Funktionsrechner bezeichnet ist. Diesen beiden Rechnern wird ausserdem
die in dem Befehls-Achsen-Regider 39 gespeicherte Digital-Darstellung zugeführt.
In Wirklichkeit können die beiden Rechner 42 und 44 natürlich aus einem einzigen
Rechner bestehen, der die Neigungs- und die Funktionsberechnungen der Reihe nach
in logischer Folge ausführen kann.
-
Der Neigungsrechner 42 errechnet die Neigung des Bewegungsbabnabschnittes
32 an der Stelle (saX f(xa)) entsprechend der Momentan-Istkoordimate (xa) des gesteuerten
Teiles in bezug auf die Befehls-Achse. Das Ergebnis dieser Rechnung wird in Form
von und y zwei als x / bezeichneten Digital-Darstellungen geliefert, die zueinander
in
einem Verhältnis stehen, das gleich der Momentan-Neigung (dy/dx)xa der Bewegungsbahn
an dieser Stelle ist. Nach Fig. 3 können die Digital-Bezeichnungen d x und o y die
Strecken ox und # y darstellen, die so zueinander in Beziehung stehen, dass das
Verhältnis #x/#y gleich der Neigung der Bewegungsbahn 32 an diesem Punkt (xaZ f(xa))
ist, wie es durch die an diesem Punkt der Bewegungsbahn gezogenen Tangente dargestellt
ist. Die Ex-Digital-Darstellung und die cl y-Digital-Darstellung treten in den beiden
Registern 46 bzw. 48 auf, die ein Teil des Neigungsrechners 42 sein können. Dem
Register 46 ist ein Digital-Anilog-Umsetzer 51 zugeordnet, der bei seinem Betrieb
die A x-Digital-Darstelllçng im Register 46 in eine Analogspannung Vx umwandelt,
die in analoger Weise zu dem numerischen Wert der ox-Digital-Darstellung in Beziehung
steht. Entsprechend ist dem Register 48 ein Digital-Analog-Umsetzer 53 zugeordnet,
der die #y-Digital-Darstellung in eine zu ihr in analoger Weise in Beziehung stehende
Spannung Vy umwandelt. Die beiden Analogspannungen Vx und Vy werden ihrerseits in
die betreffende zugeordnete Summierstelle 37, 37' der beiden Servosysteme übertragen
mit dem Ergebnis, dass der Motor M des X-Achsen-Mechanismus mit einer zu der Steuerspannung
Vx im wesentlichen proportionalen Drehzahl und der Motor M des Y-Achsen-Mechanismus
mit einer zu der Eingangsspannung Vy proportionalen Drehzahl angetrieben wird0 Der
Funktionsrechner 44 errechnet die Nicht-Befehls-Achsen-Sollkoordinate f(xa) entsprechend
der entlang der Befehls-Achse gemessenen Ist-Stellung des gesteuerten Teiles (xa).
Der Funktionsrechner 44 ist wie der Rechner 42 ein Digital-Rechner, und das Ergebnis
seiner Berechnung erscheint in einem Register 50 als Digital-Darstellung der Grösse
f(x ).
Dem Register 50 und dem Register 40 ist eine Subtrahierstelle
52 zugeordnet, die das Subtrahieren der Digital-ya-Darstellung von der Digital-fnxa)-Darstellung
bewirkt zum Erzeugen einer Digital-Darstellung des Fehlers, die in ein Fehlerregister
54 übertragen wird. Die Digital-Fehlerdarstellung wird dann verwendet, um die Bewegung
des Y-oder Nicht-Befehls-Achsnmechanismus so zu ändern, dass die Verringerung des
bestehenden betriebstechnischen Fehlers der Lage des gesteuerten Teiles angestrebt
wird. Dieser Korrektionseinfluss kann in verschiedenster Weise zugeführt werden,
wobei er bei dem System nach Fig. 4 mit Hilfe eines mit 100 bezeichneten Korrektions-Servosystems
(Regler mit D-Einfluss) zugeführt wird, das aus einer Summierstelle 37c, einem Verstärker
Ac, einem Stellmotor Mc und einem Tachometer Tc besteht. Der Eorrektions-Stellmotor
hat keine Ausgangswelle 102, die eine Eingangsgrösse für den Differentialmechanismus
D liefert. Ein Digital-Analog-Umsetzer 56 wandelt die in dem Fehlerregister 54 auftretende
Digital-Fehler-Darstellung in eine Analog-Spannung Ve um, die in die Summierstelle
37c des Korrektions-Servosystems 100 übertragen wird zum Erzeugen einer Drehbewegung
dsr Welle 102, die über den Differentlalmechanisimis D dem Ausgang des Hauptservosystems
so zugeführt wird, dass der Fehler verringert wird.
-
Obwohl die verschiedenen, das System nach Fig. 4 bildenden Elemente
nicht im einzelnen dargestellt und beschrieben sind, liegen für den Fachmann die
verschiedensten passenden Elemente zum Durchführen der notwendigen Operationen auf
der Hand. In Fig. 4 sowie in den im Nachstehenden beschriebenen sonstigen
Blockschaltbildern
sind das Taktgebersystem zum Synchronisieren und zum sonstigen Steuern der Operation
der verschiedenen Elemente des Systems sowie auch die Mittel zum Bestimmen der Vorzeichen
der Steuerspannung Vx und V und der Fehlerspannung Ve der Deuty lichkeit halber
fortgelassen worden. Diese Einrichtungen sind allgemein üblich und ihre Anwendung
bei den erläuterten Systemen ist dem Fachmann für Rechner und numerische Steuerungsverfahren
verständlich.
-
Fig. 5 und 6 beziehen sich auf ein Bewegungsbahnsteuersystem, das
im wesentlichen dem Steuersystem nach Fig. 4 entspricht, jedoch auf das Aufzeichnen
von geraden Linienabschnitten beschränkt ist, wobei ein Korrektionsantrieb im wesentlichen
entsprechend dem Schaltbild nach Fig. 2 verwendet wird, um auf die Momentan-Iststellung
des gesteuerten Teiles einen Korrektionseinfluss auszuüben. Wenn die gesamte Bewegungsbahn
des gesteuerten Teiles in eine Anzahl gerader Linienabsohnitte aufgeteilt wird,
so ist die Neigung eines jeden dieser Linienabsohnitte eine Konstante.
-
Demzufolge ist beim Aufzeichnen Jedes Bewegungsbahnabschnitts die
Jeigungsberechnung vereinfacht, so dass sie zu Beginn des Aufzeichnungsvorgangs.nur
einmal durchgeführt, zu werden braucht.
-
Ausserdem besteht die zum Aufzeichnen Jedes Linienabschnittes erforderliche
einzige Eingabeinformation aus den Koordinaten des 9f) des Endpunktes des Linienabschnittes,
wobei angenommen wird, dass die Koordinaten (Xi, 91) für den Anfangspunkt bereits
in dem System vorhanden sind und durch die Codierer E, E' oder dergleichen zugeführt
werden.
-
In Fig. 5 ist ein Abschnitt einer geradlinigen Bewegungsbahn mit
57
bezeichnet. Die Koordinaten (xi,yi) stellen den Beginn oder den Anfangspunkt der
Linie dar, während die Koordinaten (xf,yf) den Endpunkt der Linie angeben. Die Strecken
#xi und #yi stellen die zur X-Achse bzw. zur Y-Achse parallel gemessenen Veränderungen
der Lage des gesteuerten Teiles auf seinem Wege von dem Anfangspunkt zum Endpunkt
dar. Die Koordinaten (xa,ya) stellen die Ist-Stellung des gesteuerten Teiler dar,
während die Bezeichnung (xa-xi) die zur X-Achse parallel gemessene Verstellung des
gesteuerten Teiles von den Ausgangspunkt aus darstellt. Demzufolge lässt sich die
den Linienabschnitt 57 definierende Gleichung mit y=f(x)=yi+(ya-xi) #yi/#xi ausdrücken,
Ausserdem definieren die Koordinaten (xa, i+(xa-xi) #yi/#xi) eine Soll-Stelle auf
der Linie, die der parallel zu der Lefehls-Achse von der Richt-Befeals-Achse aus
gemessenen Ist-Stellung des Teiles (xa) entspricht.
-
In Fig. 6 sind die mit den Elementen des Systems nach Fig. 4 ühereinstimmenden
Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4 versehen und brauchen nicht
roch einmal in ihren Linzelheiten beschrieben zu werden. Als Beispiel einer besonderen
Anwendung des Systems ist dieses in Fig. (in Verbindung it einer Reichenmaschine
(Schneiber) mit einem zu einem festliegenden @ury @@@@ zweinander schrechten Richtungen
verstellbaren Drucks oder schreib @@@@@eigt. Der Druck oder @@hen@@@@@ wird @@@@@@@@@@@@@@@@@@
parallel @@@@@@@@@@ @@@@@@@@@ wänd @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
ren
M angeschlossen, während die Leitspindel 64 über die Antriebswelle 36 an den anderen,
ihr zugeordneten Servomotor M und an eine ihr zugeordnete mechanische Summierstelle
in Form eines Differentialgetriebes 66 angeschlossen ist. Die Stellung der Leitspindel
62 und somit die Stellung des Druckk-opfes 60 auf der X-Achse wird mit Hilfe eines
Codierers E erfüllt, während die Stellung der Leitspindel 64 und somit die Stellung
des Druck -apfes auf der Y-Achse von dem anderen Codierer E' abgefühlt wird.
-
Wie vorstehend erörtert, braucht die Eingabeinformation für das System
nach Fig. 6 lediglich aus den Koordinaten des Endpunktes eines jeden Bewegungsbahnabschnittes
zu bestehen. Diese Information wird den beiden Registern 68 und 70 zugeführt, wobei
in dem Register 68 eine Digital-Darstellung der xf-Koordinate und in dem Register
70 eine Digital-Darstellung der yf-Koordinate auftritt. Dem Register 68 ist eine
Subtrahierstelle 72 zugeordnet, die vor irgendeiner Verstellung des gesteuerten
Teiles entlang des Bewegungsbahnabschnitts das Subtrahieren der Digital-Darstellung
in dem Register 68 von der Digital-Darstellung in dem Register 39 bewirkt. Zu diesem
Zeitpunkt befindet sich das gesteuerte Teil am Anfangspunkt des Bewegungsbahnabschnitts,
so dass die in dem Register 39 auftretende Zahl eine Digital-Darstellung der xi-Koordinate
ist. Demzulige ist das Ergebnis des durch die Subtrahierstelle 72 ausgeführten Subtraktionsvorgangs
die Erzeugung der Grösse xi, die dem Register 46 zugeführt wird.
-
In entsprechender Weise ist dem yf-Register 70 eine Subtrahierstelle
74 zugeordnet, die vor irgendeiner Verstellung des gesteuersten Teiles die Subtraktion
der in dem Register 40 auftretenden Digital-Darstellung von der Digital-Darstellung
im Register 70
bewirkt. Da die zu diesem Zeitpunkt in dem Register
40 gespeicherte Zahl eine Digital-Darstellung der Koordinate yi ist, ist das Ergebnis
dieses Subtraktionsvorgangs die Grösse yi, die in dendugeordneten Register 48 gespeichert
wird. Demzufolge verkörpert das Verhältnis der in den Registern 46 und 48 gespeicherten
Grössen die Neigung des Linienabschnittes 57 und wird es in gleicher Weise, wie
in Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben, verwendet, um die zugeordneten Servosysteme
zu betätigen, damit sie den gesteuerten Teil oder den Druckkopf 60 parallel zur
X-Achse und parallel zur X-Achse mit Geschwindigkeiten (vx und v ) very stellen,
die durch einen Proportionalitätsfaktor zueinander in Beziehung gesetzt sind, der
im wesentlichen gleich der Neigung des Bewegungsbahnabschnittes ist0 Das heisst,
vy . Kv, worin K im wesentlichen gleich der Neigung oder gleich oyi/ #xi, ist.
-
Dem Funktionsrechner 44 des Systems nach Fig. 6 werden als Eingange
die in den Registern 39, 40, 46 und 48 gespeicherten Grössen zugeführt. Vor der
Verstellung des gesteuerten Teiles ist die in dem Register 39 auftretende Grösse
die Koordinate xi, und diese Koordinate wird in dem Funktionsrechner 44 gespeichert
zur Verwendung im Verlaufe des gesamten Abzeichnens des Bewegungsbahnabschnitts.
Die in den Registern 46 und 48 auftretenden Digital-Darstellungen bleiben im Verlaufe
der gesamten Aufzeichnung des Bewegungsbahnabschnitts konstant, jedoch werden die
in den Registern 39 und 40 auftretenden Grössen, wie in Zusammenhang mit Fig. 4
erwähnt, rasch geändert, d.h. auf den neuesten Stand gebracht, so dass die in ihnen
auftretenden Digital-Darstellungen sehr genau die Momentan-Istkoordinaten des gesteuerten
Teiles darstellen. Unter Benutzung der ihm zugeführten Eingabeinformation
errechnet
der Funktionsrechner 44 wiederholt den Wert der Funktion oder yi+(xa-xi) #yi/#xi.
Dieser Wert mit sehr hoher Geschwindigkeit errechnet, vorzugsweise mehrere tausendmal
pro Sekunde, was eindeutig innerhalb der Leistungsfähigkeit der z.Z.
-
verfügbaren Computerelement liegt. Mit der im wesentlichen gleichen
Geschwindigkeit wird die in dem Register 50 auftretende Zahl i.n die Subtrahierstelle
52 übertragen und mit der i.n dem Register 40 auftretenden Digital-Darstellung verglichen.
Wem die beiden Digital-Darstellung einander nicht gleich sind, wird von der Subtrallierstelle
52 eine Fehlerdarstelung oder ein Fehlersignal erzeugt. Dieses Signal erscheint
au einer Ausgangsleitung 76 und wird in eine Fehlerermittlungs-Flip-Flop-Schaltung
78 übertragen, die an der zugeordneten Ausgangsleitung 80 ein Ausgangssignal erzeugt,
sobald und solange durch die Subtrahierstelle 52 Fehler angezeigt werden. Zusätzlich
zu der an der leitung 76 erscheinenden Fehleranzeige erzeugt die Subtrahierstelle
52 ausserdem ein das Vorzeichen des Fehlers anzeigendes Richtungssignal, das über
eine Leitung 82 in eine Richtungssteuervorrichtung 84- übertragen wird. I)ie Ausgabeinformation
wird aus der Flip-Flopschaltung 78 über die Leitung 80 in ein UND-Gatter 86 übertragen,
das als weitere Eingabe die Ausgabe aus einem Impulsgeber 88 hat. Der Impulsgeber
88 erzeugt elektrische Impulse mit einer Frequenz von beispielsweise 300 Hz unterhall
der Arbeitsgrenze eines ihm zugeordneten Korrektionsmoter 90 nach Art eines Fortschaltmotors
und kann ein Bestandteil der den System zugeordneten Taktgeberschaltung sein. Die
ausgabe an dem UND-Gatter 80 wird über einen Impulsfermer 92 und über einer Verstärker
94 der Richtungssteuerung 84 zugeführt, von wo diese dem Korrektionsmotor 81 zugeführt
wird. Dargefolge erscheint an der Leitung 80 @@@@@@@@@ soba@@ durch die Subtrahiertstelle
52 ein Fehler angezeige wird,
und es werden die vom Impulsgeber
88 erzeugten Impulse über das UND-Gatter 86 und über diezugeordneten Elemente dem
Korrektionsmotor 90 zugeführt. Sobald die Subtrahierstelle 52 keinen Fehler anzeigt,
erscheint vergleidnsweise an der Leitung 80 kein Signal, und es werden dem Korrektinnsmotor
keine Impulse zugeführt. Der Korrektionsmotor 90 enthält eine Anzahl Eingangswicklungen,
die nach dem einen oder dem anderen von zwei Winkellagewechseln erregt werden können,
um eine Drehbewegung der zugeordneten Ausgangsantriebswelle 96 in der einen oder
anderen ihrer beiden Richtungen zu bewirken, wobei das Erregen der Wicklungen in
Abhängigkeit des an der Leitung 82 auftretenden Vorzeichensignals nach Bedarf durch
die Richtungssteuerung 84 gesteuert wird, und zwar so, dass die gewünschte Drehrichtung
des Korrektionsmotors erreicht wird. Die Ausgangs drehbewegung des Motors 90 erzeugt
eine Eingabe für das der Y- oder der Nicht-Befehl's-Achsen-Leitspindel 64 zugeordnete
Differentialgetriebe 66. Das Differentialgetriebe 66 ist oder kann von üblicher
Bauart sein und dient dazu, die Eingangsbewegung der Ausgangswelle 96 des Korrektionsmotors
mit dem durch den Antriebsteil 36 gelieferten Primäreingang zu kombinieren, um eine
sich daraus ergebende Bewegung der Leitspindel 64 zu erzeugen, die gleich der Summe
der Drehbewegungen der Wellen 36 und 96 oder ihr proportional ist. Somit hat die
durch den Korrektionsmotor 90 gelieferte Eingabe in das Diffl rentialgetriebe 66
einen Korrektions- oder.
-
D-Einfluss auf die Bewegung des Druck- oder Schreibkopfes 60 und bewirkt,
dass dieser in Richtung auf eine Fehler-Nullpunktstellung bewegt wird.
-
Bei den schnell arbeitenden modernen Rechenanlagen lLama ein numerisches
Steuersystem gemäss Figo 6 so konstruiert werden, dass der gesteurte Teil mit einer
verhältnismässig hohen Geschwindigkeit
von beispielsweise mehreren
Zentimetern pro Sekunde parallel zu einer der oder zu beiden Koordinatenachsen verstellt
wird, wobei zugleich die notwendigen Berechnungen mit einer solchen Geschwindigkeit
durchgeführt werden, dass der Fehler für jedAbschnitt des Weges des gesteuerten
Teiles tausendmal oder öfter ermittelt wird. Der Gesamtfehler des gesteuerten Teiles
kann somit eindeutig innerhalb weniger Tausendstel einer Längenmasseinheit oder
noch kleiner gehalten werden.
-
Gewöhnlich ist der zum Antreiben der Leitspindel 62 und 64 erforderliche
Betrag des Drehwinkels oder -momentes so gross, dass, wenn bei diesen Präzisionsmotoren,
wie Fortschaltmotoren, zum Zuführen der Antriebskraft zum Einsatz kommen die sich
ergebende Höchstgeschwindigkeit des Druck- oder Schreibkopfes 60 wegen der geringen
Leistung solcher Präæisionsmotoren zu niedrig ist. In dem System nach Fig. 6 liefern
die Servo- oder Stellmotoren M, M>j die eine verhältnismässig hohe Leistung haben
und somit die Leitspindel mit hohen Drehzahlen antreiben können, die Hauptantriebskraft
für die Wellen, wobei auf den Korrektionsmotor 90 zurückgegriffen wird, um den am
Ausgang des Antriebsmotors M der Nicht-BefZZils-Achse bestehenden Fehler zu beseitigen.
Der darin liegende Fehler ist gering und deshalb kann der Korrektionsmotor ein solcher
mit verhältnismässig geringer Leistung sein, da zum Beseitigen des Fehlers nur eine
verhältnismässige niedrige Ausgangsdrehzahl erforderlich ist.
-
Es leuchtet ein, dass bei dem System nach Fig. 6 ein Fehlerkorrektionseinfluss
auch erzeugt werden könnte, indem anstelle des Fortschaltmotorenantriebs ein dem
Servosystem 100 nach Fig. 4 entspre-6herdes Servosystem verwendet wird.
-
Die Fig. 7, 8a und 8b beziehen sich-auf eine Verbesserung des Sysystems
nach Fig. 6, bei dem zur Erläuterung die Y-Achse statt der X-Achse als Befehls-Achse
gewählt worden ist.
-
Fig. 7 zeigt die Koordinaten und die anderen Grössen, die bewirken,
dass die Y-Achse statt der'X-Achse die Befehls-Achse des Systems ist. Aus der zuvor
dargelegten Erörterung yon Fig. 5 ist die Bedeutung der in Fig. 7 dargestellten
Bezeichnungen klar, so dass keine weiteren Bemerkungen dazu erforderlich sind. Es
sei jedoch bemerkt, dass in- diesem Falle der Fehler E parallel zur X-Achse gemessen
wird und gleich der Grösse£Xa xi+(ya-yi)#xi/#yi] ist.
-
Die mit den dargestellten Elementen oder Gliedern des Systems nach
Fig. 6 übereinstimmenden Elemente des Systems nach Fig. 8a und 8b haben die gleichen
Bezugszeichen wie in Fig. 6 und brauchen folglich nicht mehr im-einzelnen beschrieben
zu werden.. Bei der Erörterung der Verbesserungen des-Systems nach Fig. 8a und 8b
wird zunächst auf die Tatsache hingewiesen, dass beim Betrieb des Systems der gesteuerte
Teil, nachdem er am Endpunkt eines Linienabschnitts angekommen ist, an diesem Punkt.
für einen Augenblick zur Ruhe kommt, in dem das System eine die Koordinaten des
Endpunktes des nächstfolgenden Linienabschnitts bet-reffende Information erhält
und die Grössen xi und yi errechnet. Sobald diese Berechnungen erfolgt sind, beginnt
die Bewegung des gesteuerten Teiles , wird der Fehler wiederholt errechnet werden,
wie vorsted erläutert, geeignete Fehlerkorrekturen vorgenommen.
-
Diese Bewegung des gesteuerten Teiles wird in erster Linie durch die
an den jeweiligen Regler mit D-Einfluss angelegten Steuer-Spannung Vx und Vy gesteuert.
Selbstverständlich ist es erwünscht,
am Anfang eines besonderen
Aufzeichnungsvorgangs an die Regler mit D-Einfluss keine hohen Eingangspannungen
abrupt anzulegen, wobei es ebenso erwünscht ist,diese Eingangsspannungen nicht abrupt
abzuschalten, wenn der gesteuerte Teil die Endpunkt-Eoordinaten erreicht. Im besonderen
ist es erwünscht, die Spannungen Vx und Vy zu Beginn der Aufzeichnung eines Linienabschnitts
allmählich auf die gewünschten Werte zu erhöhen und sie später während des letzten
Teiles des Linienabschnitts bis auf Null zu verringern, damit der gesteuerte Teil
am Anfang jedes Linienabschnitts bis auf eine gewunschte hohe Geschwindigkeit allmählich
gebracht und am Ende jedes Linienabschnitts von dieser hohen Geschwindigkeit aus
allmählich verlangsamt wird.
-
Gemäss Fig. 8a und 8b umfassen die Mittel zur Durchführung eines allmählichen
Anlaufens und Anhaltens des gesteuerten Teiles einen Sägezahngenerator 104 und einen
Sägezahnsteuermechanismus 106. Der Sägezahngenerator 104 steuert die den beiden
Digital-Analog-Umsetzern 51 und 53 zugeführte Bezugsspannung Vii wobei die Digital-Analog-Umsetzer
51 und 53 dazu dienen, die Bezugsspannung Vi in Übereinstimmung mit den in den Registern
46 und 48 auftretenden Digital-Darstellungen abzuschwächen, die Steuerspannungen
Vx und Vy zu erzeugen. Beim Beginn der Aufzeichnung eines Linienabschnitts löst
ein an der Leitung 108 auftretendes, durch den Taktgebermechanisnrtis des Systems
zugeführte tes Start- oder "Auf"-Signal die Sägezahnsteuerung 106 und den Sägezahngenerator
104 aus und bewirkt, dass der Sägezahngenerator eine Ausgangsspannung Vi erzeugt,
die von der Null-Spannung (oder einer anderen Bezugapannung) ausgeht und linear
mit der Zeit bis auf einen gewünschten Maximalwert ansteigt und auf diesem
Maximalwertverbleibt,
bis an der Leitung 110 ein "Ab"-Signal erscheint. Das an der Leitung 110 auftretende
"Ab't-Signal erscheint, bevor der gesteuerte Teil den Endpunkt des Linienabschnittes
erreicht und löst die Sägezahnsteuerung 106 und den Sägezahngenerator 104 aus, damit
die Ausgangsspannung Vi allmählich bis auf einen verhältnismässig niedrigen Wert
verringert wird, der an die Digital-Analog-Umsetzer 51 und 53 angelegt wird, wenn
das gesteuerte Teil seine Endpunktkoordinaten erreicht.
-
Wie vorstehend erwähnt, kann das an der Leitung 108 erscheinende Start-
oder "Auf"-Signal mit Hilfe des dem System zugeordneten Taktgebermechanismus geliefet
bzw. zugeführt werden, wobei es zum tatsächlichen Beginn der Aufzeichnung des betreffenden
Linienabschnitts auftritt. Andererseits steht das Auftreten des "Ab"-Signals an
der Leitung 110 zu der Lage der Endpunkt-Koordinaten des Linienabschnitts und zu
der Länge des eigentlichen Linienabschnitts in Zusammenhang. Das "Ab"-Signal tritt
gewöhnlich auf oder wird erzeugt, wenn der gesteuerte Teil sich durch einen von
dem Endpunkt des Linienabschnitts in einem parallel zur Y- oder Befehls-Achse gemessenen
gegebenen Abstand liegenden Punkt bewegt. Diese Lage wird erhalten, wenn die Spannung
Vi ihren Höchstwert erreicht. Wenn jedoch der Befehls-Achsen-Anteil des Linienabschnittes
kürzer ist als eine vorbestimmt2 Länge, kann es zum richtigen Arbeiten des Systems
notwendig sein bzw. werden, an die Sägezahnsteuerung 106 das UAb""Signal anzulegen,
bevor die Spannung Vi ihren gewünschten Höchstwert erreicht. Gemäss Fig. 8a und
8b bestehen die Mittel zum
Erzeugen des Signals an der Leitung
110 aus einem Festwert-Register 112, das eine feststehende Zahl speichert, die die
parallel zu der Befehls-Achse gemessene Verstellung von dem Endpunkt bis zu dem
Punkt darstellt, an welchem das "Ab"-Signal auftreten muss, um die Spannung V. auf
einen geeignet oder angemessenen niedrigen Wert zu verringern in der Annahme, dass
diese Spannung ihren Höchtswert hat, wenn das Signal angelegt wird.
-
Zu den Mitteln der Erzeugung des "Ab't-Signals gehört ausserdem ein
im Verhältnis 2:1 teilender Untersetzer-Mechanismus 114, der auf die in dem Register
48 gespeicherte wyi-Digital-Dar-Stellung einwirkt, um eine Digital-Darstellung zu
erzeugen, die einem zugeordneten Register 116 zugeführt wird und gleich der Hälfte
des numerischen Wertes der in dem Register 48 vorhandenen Darstellung ist. Die Ausgänge
der Register 112 und 116 werden einer ihnen zugeordneten Vergleichsschaltung 118
zugeführt, die arbeitet, um einen Ausgang an einer zugeordae ten Leitung 120 zu
erzeugen, wenn die in dem Register 116 gespeicherte Darstellung einen niedrigeren
numerischen Wert hat als die in dem Register 112 gespeicherte Darstellung, und alternativ,
um ein Signal an der Leitung 122 zu erzeugen, wenn die in dem Register 112 gespeicherte
Darstellung einen niedrigeren numerischen Wert hat als die in dem Register 116 gespeicherte
Darstellung. Die Leitung 120 bildet einen Eingang für ein zugeordnetes UND-Gatter
124, das als Eingang ausserdem den Ausgang aus dem Register 116 hat. Gleichermassen
bildet die Leitung 122 einen Eingang für ein ihr zugeordnetes UN-Gatter 126, das
als zweiten Eingang den Ausgang des Registers 112 hat.
-
Die Ausgänge aus den beiden UND-Gattern 124 und 126 werden ihrer seits
einem ODER-Gatter 128 zugeführt, dessen Ausgang über die Leitung 131 einer Subtrahierstelle
130 zugeführt wird. Die Restfunktion dieser Elemente besteht darin, die Subtrahierstelle
130 mit einer Digital-Darstellung der kleineren von; den zwei Grössen yi/2 und mit
der in dem Register 112 gespeicherten Fest-Zahl zu speisen.
-
Der andere Eingang in die Subtrahierstelle 130 bildet die in dem yf-Register
70 auftretende Digital-Darstellung, so dass der Ausgang aus der Subtrahierstelle
130, als parallel zu der Befehls-Achse gemessen, eine Digital-Darstellung der Verstellung
des Punktes aus dem Endpunkt heraus bildet, an welchem das "Ab"-Signal auftreten
soll. Diese Digital-Darstellung wird wiederum in einem zugeordneten Verzögerungsregister
132 gespeichert. Die in dem Verzögerungsregister 132 gespeicherte Darstellung wird
wiederholt einer zugeordneten Subtrahierstelle 134 zugeführt, der ausserdem der
Momentan-Ausgang aus der Subtrahierstelle 74 zugeführt wird, der eine Darstellung
der die parallel zu der Befehls-Achse gemessene Momentan-Istverstellung des gesteuerten
Teiles aus dem Endpunkt gebildes Grösse (Yf~ya) ist. Die Subtrahierstelle 134 arbeitet,
um an der Leitung 110 ein Ausgangs- oder "Ab-Signal zu erzeugen, wenn die in dem
Register 132 gespeicherte Grösse grösser wird als die durch die Subtrahierstelle
74 erzeugte Grösse.
-
Nach der vorhergehenden Erörterung ist klar, dass in Lagen, in
denen
der aufzuzeichnende Linienabschnitt ein so grosser ist, dass die Grösse oyi/2 kleiner
ist als der Festwert in dem Register 112, das Ergebnis liefert, dass die den Digital-Analog-Umsetzer
51 und 53 zugeführte Spannung Vi von Null bis auf einen Maximalwert allmählich ansteigt
und durch Anlagen des ''Ablt-Signals an die Leitung 112 wieder vor Erreichen dieses
Maximalwertes in Richtung auf den Null-Wert verringert wird mit dem Endergebnis,
dass der gesteuerte Teil oder der Druckkopf 60 in seiner Geschwindigkeit allmählich
gesteigert und dann allmählich herabgesetzt wird, ohne wegen der Kürze des zur Auswahl
stehenden Linienabschnitts seine übliche Höchstgeschwindigkeit erreicht zu haben.
-
Dem Sägezahngenerator 104 ist ausserdem eine Einrichtung zur Steuerung
des Höchstwertes der den Digital-Analog-Umsetzern 51 und 53 zugeführten Spannung
Vi zugeordnet, so dass dieser Maximalspannungswert im umgekehrten Verhältnis mit
umgekehrten Vorzeichen zu der Grösse in dem Eyi-Register 48 steht und derart, dass
die maximale Ausgangs spannung Vy aus dem Digital-Analog-Umsetzer 53 ohne Rücksicht
auf die Grösse in dem #yi Register 48 eine Konstante ist mit dem Endergebnis, dass
der gesteuerte Teil ohne Riiksicht auf den numerischen Wert der #yi-Digital-Darstellung
immer bei der im wesentlichen gleichen Höchstgeschwindigkeit (unter Annahme, dass
der zur Auswahl stehende Linienabschnitt für den Teil zum Erreichen dieser Geschwindigkeit
ausreichend lang ist; parallel zu der Befehls-oder Achse bewegt wird. Zur näheren
Erläuterung sei gesagt, dass die in dem Befehls-Achsen-Register 48 gespeicherte
Zahl, vorzugsweise beim Zuführen in das Register um eine Anzahl Stellen so verschoben
wird dass die bedeutendste Stelle der ursprünglichen
Zahl die
am besten geltende Bit-Stelle des Registers einnimmt, wobei die dem entsprechenden
Nicht-BeSehls-Achs¢en-Register zugeführte Zahl um die gleiche Stellenzahl verschoben
wird. Demzufolge ist der niedrigstmögliche Wert (z.B.
-
100000) in der in dem Register 48 gespeicherten Zahl im wesentlichen
gleich dem Zweifachen seines höchstmöglichen Wertes (111111). DezzuRige kann der
Höchstwert der Ausgangsspannung Vy aus dem Digital-Analog-Umsetzer 53 ohne jede
Normalisierungssteuerung in Abhängigkeit von dem Wert der Zahl in dem Register 48
weitgehend verändert werden, während es zum Erreichen der Röchstbetriebsgeschwindigkeft
des Steuersystems erwünscht ist, den Höchstwert von Vy im wesentlichen konstant
zu halten. Um diesen Zustand auszugleichen, ist dem Sägezahngenerator 104 eine Normalisierungssteuerung
140 zugeordnet, die abhängig von der Grösse in dem Befehls-Achsen-Register 48 eine
Veränderung der dem Sägezahngenerator 104 zugeführten Eingangsspannung in der Weise
bewirkt, dass die Ausgangsspannung V. einen zu dem Wert der Grösse im Register 48
in umgekehrtem Verhältnis mit umgekehrtem Vorzeichen stehenden Höchstwert hat. Dazu
tritt, wenn die in dem Register 48 gespeicherte Zahl #yi nahe dem Höchstewert (111111)
liegt, die um Normalisierungssteuerung in Tätigkeit,/zu bewirken, dass die Spannung
Vi auf einen gegebenen niedrigen Höchstwert V1 begrenzt wird, wobei jedoch der Digital-Analog-Umsetzer
53 bei dem hohen Wert der Grösse #yi nur eine geringe oder überhaupt keine Abschwächung
dieser Spannung bewirkt, so dass die Ausgangsspannung Vy annähernd gleich dem gewählten
niedrigen Höchstwert V1 ist. Andererseits wirkt, Sofern die Zahl im Register 48
nahe dem in ihm speicherbaren Niedrigstwert (100000) liegt, die Normalisiertngssteuerung
140 in Tätigkeit,
und zwar in der Weise, dass die Spannung V. auf
einen höheren, etwa 2V1 betragenden Höchstwert V2 begrenzt wird, wobei jedoch in
diesem Falle der Digital-Analog-Umsetzer 53 arbeitet, um diese Spannung bei dem
niedrigen Wert der Zahl im Register 48 um einen Faktor Zwei abzuschwächen, so dass
die Ausgangsspannung Vy, wie vorher, im wesentlichen gleich V1 ist.
-
Fig. 8a und 8b zeigen ausserdem mehr im einzelnen den Aufbau des Rechners
zur Auswertung der Funktion x=f(y)-xi-(ya-yi) 3xi/#yi. Nach der Zeichnung besteht
dieser Rechner aus zwei der Y-Achse bzw. der X-Achse zugeordneten Differential-Digi
tal-Analysatoren 142 und 144. Der Aufbau eines jeden Analysators ist in Einzelheiten
nicht dargestellt, jedoch hat jeder vDn ihnen einen Eingang für die in dem zugeordneten
y Register oder xa-Register erscheinende Grösse und für die in dem zugeordneten
#yi-Register 48 oder Sxi-Register 46 erscheinende Grösse, Jeder Analysator 142,
144 arbeitet in gleicher Weise, wobei der Analysator 142 ein (nicht dargestelltes)
Register enthält, das anfänglich mit der Grösse #yi oder einer beliebigen anderen
Zahl gespeist wird, wobei die Zahl, wenn sie gleich ist, in dem Register so verschoeben
wird, dass die am besten geltende Stelle der Zahl die bedeutendste Bit-Stelle des
Registers einnimmt. Dem Analysator 142 ist noch ein weiteres Register 150 zugeordnet,
das anfänglich mit der in dem yaRe gister 40 vorhandenen Grösse gespeist wird, die
ursprünglich gleich yi ist. Ferner ist dem Analysator 142 eine knderungssteuerung
146 zugeordnet, so dass jedesmal, wenn diese Steuerung durch ein an der Einangsleitung
148 erscheinendes inderungssignal erregt wird, der Analysator 142 bewirkt, dass
die (verschoebene) Grösse #yi der dann in dem Analysator-Register
erscheinende
Grösse zuaddiert wird. Diese Addition kann einen Überlauf oder Uber-Terni erzeugen
oder nicht, wobei, sofern ein tbertrag erzeugt wird, dieser der un.bedeutendsten
Stelle der in dem Register 150 erscheinende Darstellung hinzuaddiert wird.
-
Demzufolge ist während des Linienzeichenvorgangs die in dem Register
150 erscheinende Zahl zu jeder Zeit gleich Yi zuzüglich der unter der Bezeichnung
yc dargestellten Summierung der durch den Betrieb des Analysators 142 erzeugten
Überlauf- oder Sbertragswerte.
-
Das an der Leitung 148 erscheinende Ergän.zun.gssignal wird durch
die Subtrahierstelle 152 erzeugt, die den Ausgang aus dem Register 150 mit dem Ausgang
aus dem ya-Register 40 vergleicht und ein. Ergänzungssignal erzeugt, wenn zwischen
den Grössen in diesen beiden. Registern eine Differenz ermittelt wird. Somit wird,
wenn die Grösse in dem Register 150 von der Grösse in dem ya-Register 40 abwechen
sollte, die Ergänzungssteuerung 146 erregt, um das Arbeiten des Analysators 142
und somit die Erzeugung von Übertragwerten zu bewirken, die der Grösse in dem Register
150 aufaddiert werden, um die Differenz zu verrinufern oder zu beseitigen. Auf diese
Weise wird die Grösse in dem Register 150 stetig gleich oder im wesentlichen gleich
der Grösse in dem ya-Register 40 gehalten. Somit ist beim Vergleich dieser beiden
Grössen ya=yi+yc oder Der Analysator 144 hat ebenfalls ein (nicht dargestelltes)
internes Register, welches anfänglich mit der in dem #xi-Register 46 erscheinenden
Grösse gespeist wird, wobei die Zahl bei ihrem Einspeichern in das Register in gleicher
Richtung um die gleiche Stellenzahl verschoben wird wie die dem Analysator 142 zugeführte
Grösse #yi. Dem Analysator 144 ist noch ein weiteres Register
#154
zugeordnet, das anfänglich mit der Grösse xi aus dem xa-Register 39 gespeist wird
und danach zusätzlich mit durch den Betrieb des Analysators 144 erzeugten Überlauf-
oder Übertragwerten gespeist wird, die der unbedeutendsten Bit-Stelle des Registers
154 hinzuaddiert werden, wobei die Summierung dieser Übertragwerte unter der Bezeichnung
Xc dargestellt ist. Die Änderungssteuerung 146 ist sowohl dem Analysator 142 als
auch dem Analysator 144 zugeordnet, wobei jedesmal, wenn der Analysator 142 durch
die Ergänzungssteuerung 146 betätigt wird, der Analysator 144 in gleicher Weise
betätigt wird, um das Hinzuaddieren der Grösse Exi aus dem Register 46 in ihrem
verschobenen Zustand zu der dann in dem internen Register des Analysators 144 enthaltenen
Zahl zu bewirken.
-
Das heisst, dass bei jedem durch den Analysator 142 ausgeführten Additionsvorgang
durch den Analysator 144 ein entsprechender Additionsvorgang ausgeführt wird. Demzufolge
ist die Summe der durch den Analysator 144 erzeugten Ubertragwerte jederzeit um
den Proportionalitätafaktor oxi/4yi proportional der Summe der durch den Analysator
142 erzeugten tIbertragwerte, so dass xc=yc.#xi/#yi. Da aber yc gleich der Grösse
(ya-yi) ist, lässt sich diese Gleichung als umschreiben und ist somit die in dem
Register 154 gespeicherte Grösse eine digitale Darstellung der gewünschten Funktion
xi-(ya-yi)#xi/#yi. Wie vorstehend beschrieben, wird die Grösse mit Hilfe der Subtrahierstelle
152 mit der in dem xa-Register 39 erscheinenden Grösse verglichen, um jeglichen
zwischen den beiden Grössen bestehen
den Fehler (Unterschied) zu
ermitteln und als Folge einer Fehlerermittlung ein Fehlersignal zu erzeugen, das,
wie vorstehend erörtert, dazu benutzt wird, um einen Korrektionseinfluss auf die
Bewegung des gesteuerten Teiles parallel zu der Nicht-Befehls-Achseoder X-Achse
auszuüben.
-
Zu Fig. 8a und 8b ist ausserdem zu bemerken, dass, wenn die Y-Achse
die Befehls-Achse ist, die an der Bewegung des gesteuerten Teiles vorgenommene Fehlerkorrektur
parallel zu der X- oder Nicht-Befehls-Achse erfolgt. Aus diesem Grunde werden die
Richtung des durch die Subtrahierstelle 52 erzeugten Fehlersignale und die durch
den UND-Gatter 86 gehenden Korrektionsimpulse an einen Richtungssteuermechanismus
160 bzw.
-
einen der X-Achse besonderen zugeordneten Impulsformer 162 angelegt.
Der X-Achse sind ausserdem ein Verstärker 164, ein Fortschaltmotor 166 und ein Differentialgetriebe
168 zugeordnet, die in gleicher Weise, wie die entsprechenden Elemente des Systems
nach Fig. 6 angeordnet sind und so arbeiten, dass die sich ergebende Verstellung
der X-Achsen-Leitspindel 62 gleich oder proportional der Summierung der Eingänge
in das Differentialgetriebe ist, die von dem Eingangsteil 16 und der Ausgangswelle
X0 des Fortschaltmotors 166 geliefert werden.
-
Fig. 9a und 9b zeigen zusammen ein numerisches Servo-Steuersystem,
das mit dem System nach Fig. 8a und 8b übereinstininit, mit Ausnahme der Hinzufügung
einer weiteren Verbesserung in der Art der Mittel zur Auswahl einer der beiden Bewegungsachsen
als Befehls-Achse vor dem A"fzeicben eines jeden Linienabschnittes in Übereinstimmung
mit einer Ermittlung, entlang
welcher Achse die grössere Verstellnngskomponente
erf orderlich ist. In Fig. 9a und 9b sind die mit den in Fig. 8a und 8b dargestellten.
Elementen übereinstimmenden Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig.
8a und 8b bezeichnet, so dass sie nicht erneut beschrieben zu werden brauchen. Die
Mittel zur Auswahl der Befehls-Achse bestehen aus einem Komparator (Vergleichsschaltung)
172, der als Eingänge die in dem #xi-Register 46 und die in dem #yi-Register 48
enthaltene Digitaldarstellung erhält. Der Komparator 172 tritt in Tätigkeit, bevor
eine Bewegung des gesteuerten Teiles stattfindet, und erzeugt an einer seiner beiden
mit cax und cay bezeichneten zu e ichnet en Ausgangsleitungen ein Ausgangssignal,
und zwar in Abhängigkeit von den Realtiv-Grössen der axi und Ayi-Darstellungen.
Wenn #xi numerisch grösser ist als #yi, so wird an der Leitung cax ein Ausgangssignal
erzeugt, während im entgegengesetzten Falle, wenn die hyi-Darstellung numerisch
grösser ist als die oxi-Darstellung, an der Leitung cay ein Ausgangs signal erzeugt
wird. Die Signale cax und cay werden ihrerseits, wie in Fig. 9a und gb gezeigt,
verschieden unterschiedlichen UND-Gattern zugeführt, wobei das cay-Signal den UND-Gattern
174, 176, 178, 180 und 182 und das cax-Signal den UND-Gattern 184, 186, 188, 190
und 192 zugeführt werden, und wobei jedes der UND-Gater, wie gezeigt, noch einen
weiteren Eingang hat.
-
Bei einem gründlichen Studium der Fig. 9a und 9b zeigt sich, dass
beim Auftreten eines Ausgangssignals an der cay-Leitung die UND-Gatter 174, 176,
178, 180 und 182 in geöffnetem Zustand sind, so dass der Ausgang aus der Subtrahierstelle
52 in die
Flip-Flop-Schaltung 78, der Ausgang aus der Subtrahierstelle
152 in die Änderungssteuerung 146, der Ausgang aus der Subtrahierstelle 74 in die
Subtrahierstelle 134, der Ausgang aus dem UND-Gatter 86 in den Impulsformer 162
und der Richtungssteuerungsausgang aus der Subtrahierstelle 52 in die Richtungssteuerung
160 gelangt. Andererseits befinden sich die Gatter 184, 186, 188, 190 und 192 in
geschlossenem Zustand, so dass durch diese Gatter keine Signale hindurchgehen.
-
Das Ergebnis ist ein mit dem System nach den Fig. 8a un.d 8b voll
und ganz übereinstimmendes System, bei dem die Y-Achse die Befehls-Achse und die
X-Achse die Nicht-Befehls-Achse ist. Andererseits befinden sich, wenn das cax-Signal
vom Komparator 172 erzeugt wird, dwe UND-Gatter 184, 186, 188, 190 und 192 in geöffnetem-
Zustand, während sich die UND-Gatter 174, 176, 178, 180 und 182 in geschlossenem
Zustand befinden mit dem Ergebnis, dass (nunmehr) die X-Achse die Befehis-Achse
und die X-Achse die Nicht-Befehls-Achse ist.
-
Hier sei nochmals bemerkt, dass ein Korrektionsantrieb, bei dem ein
Hochleistungsantriebsmotor mit einem Fehlerkorrektionsmotor von geringer Leistung
kombiniert ist, nicht unbedingt auf die Verwendung bei Bewegungsbahnsteuersystemen
beschränkt ist, wie sie in Fig. 6, 7, 8a und 8b sowie 9a und 9b dargestellt sind.
Dagegen ist einleuchtend, dass sich ein solcher Antrieb bei den verschiedensten
Vorrichtungen zur Steuerung von Stellung, Geschwindigkeft oder Beschleunigung auf
einer oder mehreren Koordinatenachsen und überall dort verwenden lässt, wo eine
Hochleistungs- und Genauigkeitssteuerung der Stellung, Geschwindigkeit oder
Beschleunigung
erforderlich sind. Hinsichtlich der Beschleunigung ist besonders zu bemerken, dass
die Verwendung eines oder mehrerer Korrektionsmotoren, in Kombination mit dem Hauptantriebsmotor
für jede beliebige der Achsen die Beschleunigungsmerkmale der Vorrichtung insofern
verbessert, als die Höchstbeschleunigung des angetriebenen Teiles erhöht wird un.d
die Vorrichtung auf plötzliche Veränderungen der gewünschten Stellung oder der Geschwindigkeit
des angetriebenen Teiles rascher ansprechen kann. Jeder einer Achse hinzugefügte
oder zugeordnete Korrektionsmotor erhöht die Höchstbeschleunigung, mit welcher die
Vorrichtung den angetriebenen.
-
bzw. gesteuerten Teil bewegen kann, so dass sich, indem eine grosse
Zahl solcher Motoren vorgesehen wi.rd, fast jedes gewünschte Beschleunigungsvermögen
erzielen lässt.
-
Patentansprüche: