DE2044736C2 - Anordnung zur Regelung der Geschwindigkeit zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Geschwindigkeit zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen, mit Fühlern, die mit den Teilen gekoppelt sind und die gegenseitig phasenverschobene Wechselspannungen erzeugen, die die gleichen Spitzenamplituden und die gleiche Frequenz aufweisen, wobei die Frequenz der Relativgeschwindigkeit zwischen den Teilen proportional ist und die Spitzenamplituden bei Geschwindigkeitsänderungen konstant sind, mit Anordnungen zum Ableiten von Signalen aus der Steigung der Wechselspannung beim Nulldurchgang, wobei diese Anordnungen Schaltkreise zum Differenzieren der Wechselspannungen aufweisen, und mit Anordnungen zum Kommutieren der differenzierten Signale im Bereich ihrer maximalen Amplitude, wodurch cm Geschwindigkeitssignal erzeugt wird.

In der DE-AS 12 29 326 ist eine solche Anordnung angegeben, die dazu dient, die Geschwindigkeit und die Richtung der Relativbewegung zweier Teile zu messen.

Wenn mit dieser bekannten Anordnung ein Regelvorgang durchgeführt werden soll, so ist es erforderlich ein Bezugssignal zur Verfügung zu stellen, um dann aus dem Vergleich dieses Bezugssignals mit dem Geschwindigkeitssigna! ein Regelsignal zu erzeugen. Es besteht die Möglichkeit, das beispielsweise Temperatureinflüsse in unterschiedlicher Weise bei den jeweiligen Signalen auftreten, so daß eine genaue Regelung negativ beeinflußt werden kann. Ferner können Nichtlinearitäten bei den jeweiligen den Signalen zugeordneten Einrichtungen oder Schaltkreisen sich derart bei den Signalen bemerkbar machen, daß sich die durch solche Nichtlinearitäten hervorgerufenen Wirkungen einander verstärkend überlagern, so daß auch dadurch eine

genaue Regelung beeinträchtigt wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen und so weiter zu bilden, daß eine möglichst genaue Regelung erzielt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Anordnung, der zur Erzeugung eines Bezugssignals die Wechselspannungen zugeführt werden und in der die Spitzenamplituden kommutiert werden, und durch

ίο eine Vergleichsanordnung für das Bezugssignal und das Geschwindigkeitssignal zur Erzeugung eines Regelsignals.

Das erzeugte Geschwindigkeitssignal verläuft im wesentlichen verglichen mit dem ursprünglichen Wech selspannungssignal kontinuierlich und stellt einen zyklischen Vorgang dar. Femer wird durch die erfindungsgemäße Anordnung ein Bezugssignal gebildet, welches neben dem Geschwindigkeitssignal jedwede Nichtlinearität der von den Fühlern erzeugten

Wechselspannungen widerspiegelt Auf diese Weise läßt

sich ein Regelsystem mit geschlossenem Kreislauf schaffen, welches in einer sanften, nicht sprunghaften

Weise und ohne Vibrationen arbeitet. Das kontinuierliche Geschwindigkeitssignal wird

durch Differenziation der Wechselspannungen A und B der Fühler sowie ihrer umgeformten Konfiguration gebildet, um nach Kommutierung mehrere Signalteile zu erzeugen, die ein stückweise kontinuierliches Geschwindigkeitssignal konstanter Polarität für jede Geschwindigkeitsrichtung bilden. Das endgültige Geschwindigkeitssignal weist also kuppenartige Spitzen auf, die sich auf die Abweichung von der vollkommenen Linearität der zyklischen Wechselspannungen beziehen. In ähnlicher Weise ist das Bezugssignal direkt von der Spitzenamplitude der Wechselspannungen abgeleitet, weswegen es ein proportional mit kuppenartigen Spitzen versehenes, kontinuierliches Bezugssign?! darstellt, das gleichfalls solche Nichtlinearitäten aufweist. Da die Nichtlinearitäten bei den beiden Signalen in gleicher Weise auftreten, ist es möglich, diese Nichtlinearitäten bei der Erzeugung des Regelsignals zu berücksichtigen. Insbesondere lassen sich Drifterscheinungen im wesentlichen kompensieren, wenn das Regelsignal von dem Verhältnis zwischen dem Bezugs signal und dem Geschwindigkeitssignal abgeleitet wird, so daß es nur darauf ankommt, daß Verhältnis zwischen den beiden Signalen konstant zu halten.

Es wird noch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Anordnung sowohl für Teile, zwischen denen eine relative Drehbewegung vorliegt, als auch für solche geeignet ist, zwischen denen eine relative lineare Bewegung erfolgt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausfuhrungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Plattenantriebssystems, bei dem die Anordnung zur Regelung der Geschwindigkeit nach der Erfindung angewendet ist,

F i g. 2 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des Systems von Fig. 1,

F i g. 3 ein Blockschema für das System gemäß Fig. 1,

und

Fig.4a bis 41 Kurvendarstellungen zur Erläuterung des Schemas nach F i g. 3.

In F i g. 1 sind die wesentlichen Teile eines Gesamtsy-

stems gezeigt, bei denen eine Anordnung gemäß der Erfindung angewendet ist. Diese ist hier in einer Servovorrichtung mit geschlossenem Kreislauf zur Einstellung der Magnetköpfe 11 eines üblichen Plattenstapels 12 bei einer EDV-Anlage benutzt. Der Plattenstapel 12 hat einen Aufbau üblicher Art, bestehend aus fünf Platten, auf denen eine binäre Information magnetisch aufgezeichnet sein kann. Dazu gehört eine Bodenplatte 13 mit Sektorschlitzen und Indexschlitzen. Jede Platte hat verschiedene l.iformationsspuren. Beim Aufzeichnen oder Ablesen einer Spur muß der Kopf 11 über die betreffende Spur gebracht werden. Dies geschieht durch eine Kopfladevorrichtung 14, an der die Köpfe 11 angebracht sind und die mit Hilfe eines Servomotors 16 vor- und zurückbewegbar ist, der eine mit einer strichpunktierten Linie 17 angedeutete Welle antreibt Mit der Welle sind zwei Ritzel 18 und 19 verbunden, die mit Zahnstangen 21 an der Kopfladevorrichtung 14 im Eingriff stehen (von denen nur eine gezeigt ist). Die Welle 17 ist drehbar in einem verschiebbaren Trägergehäuse 22 angeordnet

Somit ergibt die Drehung der Welle 17 eine Anzeige für die lineare Bewegung der Köpfe 11. Als Einrichtung zum Abfühlen der Drehstellung der Welle 17 ist eine Fühlereinrichtung 23 vorgesehen, die einen beweglichen Teil 24, mit einem Fühler, der mitdrehbar auf der Welle 17 angeordnet ist, und einen festen Teil 25 mit einem Fühler aufweist, der an dem Trägergehäuse 22 befestigt ist

Die Köpfe 11 sind in eine Stellung über einer bestimmten Spur des Plattenstapels 12 bewegbar, wie in F i g. 2 veranschaulicht Von einer Startstellung aus wird zunächst der Motor 16 auf eine maximale Geschwindigkeit vom Betrag 26 beschleunigt und dann auf Stufen 27 und 28 verzögert, bis die Köpfe sich in der Nähe der Spur befinden. An dieser Stelle, die als Feineinstellzone bezeichnet werden kann, wird der Motor 16 allmählich verzögert bis er genau in der Stellung über der richtigen Spur steht

Der bewegliche Fühler 24 ist mit einer Wicklung versehen, die mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden ist. Dem beweglichen Fühler 24 gegenüberliegend ist der stationäre Fühler 23 angeordnet, der mit zwei getrennten Wicklungen versehen ist In diesen Wicklungen wird eine Wechselspannung induziert, so daß die beiden Fühler mit ihren jeweiligen Wicklungen zusammen wie ein Transformator wit ken.

Eine Relativbewegung der einen Wicklung gegenüber der andern erzeugt eine Änderung der Ausgangssignale A' und B' an den Klemmen A und B. Die Ausgangssignale A'und Ü'haben die Form modulierter Trägersignale, wobei die Trägerfrequenz das durch den Generator erzeugte Signal ist. Ihre Hüllkurven enthalten eine Information sowohl über die räumlich verschobene Lage einer Wicklung gegenüber der andern, d. h. über die Drehstellung der Weile 17, als auch über die Geschwindigkeit Die Wechselspannungssignale A und B von F i g. 4A und 4B, welche zyklische oder alternierende elektrische Signale sind, sind tatsächlich die demodulierten Hüllkurven der Signale Λ 'und B'.

Wie in F i g. 4A und 4B erläutert, sind die Perioden des Signals umgekehrt proportional zu der Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Wicklungen oder der absoluten Geschwindigkeit der Welle. Mit anderen Worten: Eine raschere Drehung des einen Teils gegenüber dem sndern hat eine größere Zahl von Wechseln während der gleichen Zeitspanne zur Folge. Es ist außerdem zu erker/ien, daß die gesamte Drehung der Welle durch Auszählen der Anzahl von Wechseln bestimmbar ist Daher sind die Steigungen der Wechselspannungen an ifiren NulldurchgSngen proportional den Augenblickswerten der Relativgeschwindigkeit

Es seien nun die Fig.3.und 4 betrachtet Der Motor 16 und der Wandler 23 bilden einen Teil des Systems einer Servoeinrichtung mit geschlossenem Kreislauf, Die Wechselspannungen A und B an den Ausgangsklemmen des Wandlers 23 werden nun derart verarbeitet, daß ein Geschwindigkeitssignal £ auf einer Leitung 41 erzeugt wird. Dieses Signal E wird einem Summiernetzwerk 42 zugeführt Ein Bezugssignal F wird ebenfalls aus den Wechselspannungen A und B auf einer Leitung 43 gebildet und mit dem Summiernetzwerk 42 gekoppelt, um ein Regelsignal auf der Leitung 44 zu bilden. Die Leitung 44 ist zu einer Motortreiberstufe 46 geführt, die den Betrieb des Motors 16 steuert Die Ausgangswechselspannungen A' und B' der Fühlereinriohtung 23 sind an die Demodulatoren 47 bzw. 48 geführt die je ein demodifier :s Signal A und B, wie in Ιεπ F i g. 4A und 4B gezeigt, erregen. Diese sind um 90° zueinander phasenverschoben. Die Ausgangssignale der Demodulatoren 47 uiid 48 sind zu Invertern 49 und 50 geführt deren mit A und B bezeichneten Ausgangssignale umgerichtet sind, wie es am besten aus den_Fig.4C und 4D zu ersehen ist. Alle vier Signale A, B, A und B sind an ihre jeweiligen Schaltkreise 52,53,54 und 55 zum Differenzieren angeschlossen. Die Ausgangssignale der Differenzierschaltkrehe 52 bis 55 sind jeweils in Fig.4E bis 4H gezeigt Die gestrichelten Wellenlinien gelten für die umgekehrte Drehrichtung. In dem Idealfall, wo die Signale Sinuswellen sind, sind die differenzierten Signale natürlich gleichfalls Sinuslinien, jedoch um 90" verschoben. Jedoch wird die Differentiation in Übereinstimmung mit der Zeit ausgeführt und daher sind die Spitzenamplituden der differenzierten Signale gleich der Steilheit der Signale an ihrem Nulldurchgang. Daher sind die Signale von F i g. 4E bis 4H Geschwindigkeitssignale.

Ein die Geschwindigkeit charakterisierendes welliges GU iohstrom-Geschwindigkeitssignal E. wie in F i g. 4 gezeigt, das an der Leitung 41 auftritt, die mit dem Summiernetzwerk verbunden ist, wird aus d?n getrennten Geschwindigkeitssignalen mit Hilfe eines Kommutators 57 gebildet Der Kommutator 57 wird durrii einen Kommutiersignalgenerator 58 betrieben, der mit den Ausgangsklemmen der Demodulatoren 47 und 48 verbunden ist. Der Kommutiersignalgenerator 58 erzeugt kommutierende Logiksignale C und D, wie sie in den Fig.41 und 4J dargestellt sind. Diese Signale werden, wie angegeben, aus den demodulierten Signalen A und B abgeleitet. Die Kommutiervorricntung kommutiert die einzelnen Geschwindigkeitssignale gemäß Fig.4E bis 4H um deren maximale Amplitude herum, um das in Fig.4K gezeigte welligi Geschtvindigkeitssignal zu bilden. Der Kommutator 57 schaltet in dem am meisten positiven Bereich der Amplitude der Signale von F i g. 4E bis 4H entsprechend der Logikgleichung

E = ACD + BCD + ACD + BCD

(V)

Ferner wird ein Bezugssignal F, wie in FJj. 4 dargestellt, durch Koppeln der Signale A, A, Bund Bmit einem Kommutator 79 gebildet, was auf ähnliche Weise geschieht wie die Bildung des welligen Geschwindigkeitssignals E, und zwar gemäß d«r Gleichung

F = BCD + ACD + BCD + ACD

(2)

Dies kann beispielsweise durch ein einfaches ODER-Tor geschehen. Das Bezugssignal F wird mit einer Standregelvorrichtung 61 verbunden und von da der Vergleichsschaltung 42 auf der Leitung 43 zugeführt. Ein Vergleich der beiden Signale E und F ergibt das Regelsignal auf der Leitung 44.

Da das Bezugssignal Fund das Geschwindigkeitssignai fvon den gleichen periodischen Wechselspannungen als Grundlage abgeleitet sind, haben naturgemäß beide die gleiche Wellenform, da beider Perioden proportional den Perioden der Wechselspannungen sind. Mit andern Worten: Sie haben grundsätzlich die gleiche Welligkeitsfrequenz und -phase. Daher kann durch die Verwendung der Standregeleinrichtung 61 die Geschwindigkeit des Motors 16 auf jedem gewünschten Stand gehalten werden. Außerdem werden Drifterscheinungen bei der in Fig.3 gezeigten Schaltung im wesentlichen ausgelöscht, da nur das Verhältnis zwischen dem Bezugssignal und dem Geschwindigkeitssignal konstant gehalten zu werden braucht.

Die Standregeleinrichtung 61 ist praktisch vorzugsweise ein Widerstandsdämpfungsglied und enthält daher im wesentlichen nur passive Komponenten. Da die Differenzierschaltkreisc 52—55 aus passiven WC-Schaltungen bestehen, ist das vorstehend genannte Verhältnis äußerst stabil.

Eine Steuerungseinheit 62 spricht in Abhängigkeit von dem Signal A an, um die Standregeleinrichtung 61 einzustellen. Während der Zeit, in der sich die Geschwindigkeit des Motors 16 auf ihrem niedrigsten Stand befindet (28, F-" i g. 2). schließt die Steuerungseinheit auch einen Feineinstellschalter 63, der das Signal A an die Vergleichsschaltung 42 anlegt. Durch das Schließen dieses Schalters wird die Fcineinstellzone (siehe F i g. 2) zur Wirkung gebracht, innerhalb deren der Motor völlig stillgesetzt werden soll. Die Steuerungseinheit 62 enthält eine Zählvorrichtung, um die absolute Stellung der Motorwelle 17 festzustellen. Die Zähleinheit wird auf die Zahl der Spuren von der

ίο gewünschten Stellung auf der Platte voreingestellt. Um zunächst eine hohe Geschwindigkeit herbeizuführen, bildet die Standrcgeleinrichtung 61 ein Signal von maximaler Amplitude. Dieses wird allmählich verkleinert, bis bei zwei oder drei Spuren vor der erwünschten Stellung der Geschwindigkeitsstand 28 erreicht ist. Danach findet die Feineinstellung statt, sobald nur eine halbe Spur von der erwünschten Spur aus verbleibt.

Bei dem beschriebenen Platten-Magnetkopf-Antricbssystem, bei dem die erfindungsgemäße Anordnung zur Geschwindigkeitsregelung eingesetzt ist, wird eine so gute Regelung der Geschwindigkeit erzielt, daß eine Einstellgenauigkeit von ±5,1 μηι für die Magnetköpfe erreicht wird. Die Erfindung ermöglicht auch ein Servosystem mit geschlossenem Kreislauf, das mit einem besonders geringen Aufwand verbunden ist und eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet.

Es wird noch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäßt-Anordnung auch auf anderen Gebieten eingesetzt werden kann, wie beispielsweise in der Radartechnik, bei Werkzeugmaschinen sowie bei elektrischen Schreibmaschinen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Regelung der Geschwindigkeit zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen, mit Fühlern, die mit den Teilen gekoppelt sind und die gegenseitig phasenverschobene Wechselspannungen erzeugen, die die gleichen Spitzenamplituden und die gleiche Frequenz aufweisen, wobei die Frequenz der Relativgeschwindigkeit zwischen den Teilen proportional ist und die Spitzenamplituden bei Geschwindigkeitsänderungen konstant sind, mit Anordnungen zum Ableiten von Signalen aus der Steigung der Wechselspannungen beim Nulldurchgang, wobei diese Anordnungen Schaltkreise zum Differenzieren der Wechselspannungen aufweisen, und mit Anordnungen zum Kommutieren der differenzierten Signale im Bereich ihrer maximalen Amplitude, wodurch ein Geschwindigkeitssignal erzeugt wird, gekennzeichnet durch είπε Anordnung (S3,SO), der zur Erzeugung eines Bezugssignals (F) die Wechselspannungen (A, B, Ä, B) zugeführt werden und in der die Spitzenamplituden kommutiert werden, und durch eine Vergleichsanordnung (42) für das Bezugssignal (F) und das Geschwindigketesignal (E) zur Erzeugung eines Regelsignals.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschwindigkeitssignal (E)und das Bezugssignal (F) wellige Signale mit im wesentlichen dergleichen Weliigkeitsfrequenz und Phasen sind.