DE3831520A1 - System zur verarbeitung von signalen von einem winkelpositionsumformer - Google Patents
System zur verarbeitung von signalen von einem winkelpositionsumformerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Verar
beitung von Signalen von einem Winkelpositionsumformer und
befaßt sich insbesondere mit einer Schaltungsanordnung zum
Verarbeiten der Signale eines Resolvers oder eines Codierers
zum Zwecke des Ableitens der Winkelposition der mit
dem Codierer oder mit dem Resolver verbundenen Welle.
Resolvers und Codierer stellen zwei verschiedene
Umformerarten dar, die zum Bestimmen der Winkelposition einer
drehbaren Welle verwendet werden. Diese Wandler- oder
Umformgeräte werden beispielsweise sehr oft in Werkzeug
maschinen verwendet und dienen dort zum Bestimmen der Winkel
position einer drehbaren Welle. Jeder Typ oder jede Art von
Umformer erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das
decodiert werden muß, damit die Winkelposition und Drehrichtung
bestimmt werden kann.
Der Resolver weist eine auf einen Rotor gewickelte
Spule und zwei auf einen Stator gewickelte Spulen auf, die
gegeneinander um 90° versetzt sind. Die Welle des Resolver
rotors ist mit dem drehbaren Mechanismus verbunden, dessen
Position bestimmt werden soll. Ein Signalgenerator erzeugt
zwei sinusförmige elektrische Signale, die um 90° gegenein
ander phasenverschoben sind. Diese Signale bezeichnet man
im allgemeinen als Sinus-Signal und Kosinus-Signal. Das
Sinus- und Kosinus-Signal werden an die Statorspulen
gelegt, so daß sie in der Rotorspule ein Signal induzieren.
Wenn sich die Rotorspule dreht, verschiebt sich der Phasen
winkel des in der Rotorspule induzierten Signals in
Beziehung zu der Winkelposition des Rotors. Typischerweise wird
die Winkelposition dadurch bestimmt, daß das Rotorsignal
mit einem der Erregersignale, als entweder mit dem Sinus-
Signal oder dem Kosinus-Signal, verglichen wird, um auf
diese Weise die Phasendifferenz festzustellen. Die Größe
der Phasendifferenz entspricht der Winkelposition der
Rotorwelle. Durch Vergleichen der abgeleiteten Winkel
position zu zwei Zeitpunkten werden die Richtung und
Geschwindigkeit der Drehbewegung bestimmt.
Codierer sind eine andere Art oder ein anderer Typ von
Winkelpositionsumformer, die gegenüber Resolvern in einer
völlig anderen Weise betrieben werden und arbeiten. Ein
Inkrementalcodierer erzeugt zwei impulsförmige Ausgangs
signale, die in Quadratur zueinander sind, das heißt deren
Vektoren rechtwinklig aufeinander stehen oder die um 90°
gegeneinander phasenverschoben sind. Die Drehrichtung des
Codierers kann man dadurch bestimmen, daß festgestellt
wird, welches der beiden Ausgangssignale dem anderen vor
auseilt. Jedes Ausgangssignal weist eine ganzzahlige
Anzahl von Impulsen pro Umdrehung auf. Die Winkelposition
wird dadurch bestimmt, daß die Anzahl der Impulsübergänge
in beiden Signalen ausgezählt wird. Ein drittes Aus
gangssignal des Codierers liefert einmal pro Umdrehung
einen Indeximpuls, der dazu verwendet wird, um den
Positionszähler zurückzusetzen, beispielsweise auf eine
Position von 0 Grad.
Zu der unterschiedlichen Arbeitsweise von Resolvern
und Codierern kommt noch hinzu, daß die einzelnen
Hersteller Codierer auf den Markt bringen, die eine vonein
ander abweichende Betriebsweise haben. So ist bei den
einzelnen Herstellern beispielsweise die Polarität der
Codiererausgangssignale unterschiedlich. Die Codierer eines
Herstellers liefern beispielsweise einen Indeximpuls mit
einem hohen logischen Pegel, wohingegen die Codierer eines
anderen Herstellers einen Indeximpuls mit einem niedrigen
oder tiefen Pegel erzeugen. Weiterhin variiert die Länge
des Indeximpulses bei den einzelnen Codierern. All diese
Abweichungen und Unterschiede zwischen den verschiedenen
Umformertypen haben dazu geführt, daß separate elektrische
Schaltungen verwendet wurden, die speziell entworfen wurden,
um die Ausgangssignale jedes Resolver- oder Codierer-
Typs zu verarbeiten. Ist einer dieser Umformer beispiels
weise in einer Werkzeugmaschine integriert, ist es nicht
möglich, einen Resolver anstelle eines Codierers zu
verwenden und umgekehrt. Weiterhin kann man verschiedene Typen
von Codierern nicht gegeneinander austauschen, ohne dabei
die elektronische Signalverarbeitungsschaltung abzuändern
oder neu auszulegen. Ein Werkzeugmaschinensteller, der den
Weg einer solchen aufwendigen und zeitraubenden Neuentwick
lung nicht gehen wollte, war mehr oder weniger gezwungen,
während der Fertigungszeit einer Maschinenkonstruktion den
Umformer von lediglich einer Quelle zu beziehen. Beim
Anwender der Maschine tritt der weitere Nachteil auf, daß er
bei einem Ausfall des Umformers nicht die Möglichkeit hat,
die Verarbeitungsschaltung neu zu entwickeln. Der Maschinen
anwender war daher gezwungen, den ausgefallenen Umformer
durch einen zu ersetzen, der genau dieselben Eigenschaften
wei der ursprüngliche Umformer aufweist, und zwar unabhängig
von den Kosten oder der Verfügbarkeit eines solchen
Umformers.
Nach der Erfindung wird nun ein System beziehungsweise
eine elektronische Schaltungsanordnung geschaffen, die vom
Benutzer derart konfiguriert werden kann, daß sie in der
Lage ist, nicht nur Signale von einem Resolver oder von
einem Codierer zu verarbeiten, sondern auch Signale, die
von verschiedenen Typen von Codierern stammen. Die Verar
beitungsschaltung enthält eine Anzahl von Komponenten, die
sowohl der Resolverbriebsart als der Codiererbetrieb
gemeinsam sind und deren genaue Arbeitsweise mit Hilfe von
Konfigurationsparametern geändert werden kann, die derart
eingestellt sind, daß sie dem exakten Umformertyp ent
sprechen, der in Verbindung mit der Schaltung verwendet
werden soll.
In der Codiererbetriebsart gibt das System einen
Quadraturdetektor frei, der dann die Signale von diesem
Wandler- oder Umformertyp verarbeiten kann. Die Quadratur
beziehung der beiden Signale wird verwendet, um einen
Zähler so einzustellen, daß er seinen Zählerstand mit den
Impulsen eines Taktgebers entweder inkrementiert oder
dekrementiert. Einer der Konfigurationsparameter der
Schaltung bezeichnet die Methode zum Gebrauch des Indexsignals
zum Zurücksetzen des Zählers auf einen Anfangswert. Diese
Bezeichnung hängt ab vom Typ des Indexsignals, das von dem
Umformer erzeugt wird.
In der Resolvertriebsart ist das erfindungsgemäße
System beziehungsweise die erfindungsgemäße Schaltungsan
ordnung derart konfiguriert, daß sie die Anzahl der Takt
impulse zwischen einem Referenzimpuls und einem Nulldurch
gang des Ausgangssignals des Resolvers auszählt. Der
Zählerstand wird periodisch ausgelesen und zum Ableiten der
Winkelposition verarbeitet. Die Höhe des Zählerstands zeigt
auch an, wie weit man in der Zeit bis hin zu dem Auftreten
des Nulldurchgangs zurückgehen muß, und die Höhe des Zähler
stands wird verwendet, um die exakte Position der Welle zu
demjenigen Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der Zählerstand
abgetastet wurde. Dadurch erhält man eine auf dem laufenden
seiende Bestimmung der abgefühlten Winkelposition.
Ein Ziel der Erfindung ist es somit, eine digitale
Schaltung vorzusehen, die sowohl Signale von einem Resolver
als auch von einem Codierer verarbeiten kann.
Gemäß einer Weiterbildung soll die elektronische
Schaltungsanordnung nach der Erfindung auch so konfiguriert
werden können, daß sie nicht nur die Signale von entweder
einem Codierer oder einem Resolver, sondern auch die
Signale von verschiedenen Arten von Resolvern und Codierern
verarbeiten kann.
Gemäß einem Merkmal der erfindungsgemäßen Schaltungs
anordnung werden die Nulldurchgänge des Ausgangssignals
eines Resolvers verwendet, um die Phasenverschiebung des
Ausgangssignals in Bezug auf das dem Resolver zugeführte
Signal zu bestimmen. Eine Weiterbildung dieses Merkmals
besteht nach der Erfindung darin, daß das Überholtsein
einer solchen Nulldurchgangsinformation bestimmt wird, und
zwar zum Zwecke der Extrapolation der Winkelposition zum
Ableiten der gegenwärtigen Position des abgefühlten Gegen
stands.
Eine andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung
besteht darin, daß die geschaffene Schaltungsanordnung in
einer solchen Weise konfiguriert werden kann, daß sie in
der Codiererbetriebsart in Abhängigkeit von der Natur des
Indeximpuls, den der benutzte besondere Typ des Codierers
liefert, entweder eine signalpegelempfindliche oder
impulsflankenempfindliche Indizierung vornehmen kann. Gemäß
einer Weiterbildung der Indeximpulsverarbeitung ist ein
Mechanismus vorgesehen, der für Veränderungen in der
Indizierung in Abhängigkeit von der Drehrichtung des
Umformers eine Kompensation vorsieht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen
beispielshalber erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Winkelpositions
verarbeitungssystems nach der Erfindung,
Fig. 2 eine blockschematische Darstellung der in Fig. 1
gezeigten Umformerschaltung,
Fig. 3A und 3B detaillierte Schema-Darstellungen der digitalen
Schaltung zum Verarbeiten des Codiersignals in
der Umformerschaltung nach Fig. 2,
Fig. 4 und 5 Signalverläufe oder Schwingungsformen der Signale
von zwei verschiedenartigen Codierern, die bei
der Erfindung verwendet werden können, und
Fig. 6 Signalverläufe oder Schwingungsformen von Signalen
an verschiedenen Stellen in der Umformer
schaltung während der Verarbeitung des Ausgangs
signals eines Resolvers.
Wie es aus Fig. 1 hervorgeht, erhält eine Umformer
signalverarbeitungsschaltung 10 über Eingangsleitungen A,
B und Z von einem Winkelpositionsumformer 8 Signale. Bei
dem Umformer 8 kann es sich um einen Resolver oder um einen
Codierer handeln. Die Signale an den Eingangsleitungen vom
Umformer 8 werden mit Hilfe eines Pegelschiebers 17 in TTL-
Pegelsignale umgewandelt (TTL=Transistor-Transistor-
Logik). Die Ausgangssignale des Pegelschiebers gelangen zu
einer Umformerschaltung 18. Die Umformerschaltung 18 verar
beitet die analogen Umformersignale in digitale Information,
die dann ein Mikroprozessor 12 analysiert, und zwar
zum Bestimmen der Winkelposition, welche von dem Umformer
abgefühlt wird. Der Mikroprozessor 12 führt ein Programm
aus, das in einem Festwertspeicher 14 gespeichert ist. Ein
Schreib/Lese-Speicher oder Direktzugriffsspeicher (RAM) 16
dient zum Speichern von Daten, die von der Verarbeitungs
schaltung empfangen und erzeugt werden.
Die Umformerschaltung 18 erhält auch ein Eingangs
signal von einem herkömmlichen digitalen Meßgerät 6 nach
Art einer Berührungssonde. Berührungssonden werden häufig
in numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen zum Erzeugen
eines Signals verwendet, wenn der bewegliche Teil der
Werkzeugmaschine auf einen Gegenstand trifft. Die
Berühungssonde kann beispielsweise eingesetzt werden, um die
Wände einer Öffnung in einem Werkstück abzutasten. Dadurch
wird es der Werkzeugmaschine ermöglicht, die Abmessungen
der Öffnung längs verschiedener Achsen präzise zu messen.
Eine Ausgestaltungs- oder Konfigurationsschaltung 20
speichert die Signalpegel an Eingangsleitungen 21, die
Parameter zum Ausgestalten oder Auslegen der Umformer
schaltung 18 definieren, so daß sie Eingangssignale von
einem einer unterschiedlichen Vielfalt von Arten von
Umformern 8 annimmt. Diese Eingangsleitungen sind mit einer
Reihe von Konfigurationsschaltern (nicht gezeigt) verbunden.
Während der Initialisierung der Verarbeitungsschaltung
10 addressiert der Mikroprozessor 12 die Konfigura
tionsschaltung 20, und zwar zum Auslesen der verschiedenen
Parameter und zum Konfigurieren der Umformerschaltung
18, was nachfolgend noch im einzelnen erläutert wird.
Alternativ können die Konfigurationsparameter für die
Umformerschaltung 18 auch im Festwertspeicher (ROM) 14
gespeichert sein. Diese Alternative hat allerdings den Nach
teil, daß eine leichte Änderung der Parameter nicht
möglich ist, falls eine andere Umformerart im System verwendet
wird.
Wie es aus Fig. 1 hervorgeht, sind der Mikroprozessor
12, der ROM 14, der RAM 16, die Umformerschaltung 18 und
die Konfigurationsschaltung 20 über einen gemeinsamen
Adreßbus 24 und einen gemeinsamen Datenbus 26 miteinander
verbunden. Zusätzliche Leitungen (nicht gezeigt) erstrecken
sich zwischen dem Mikroprozessor 12 und dem ROM 14 und RAM
16 und dienen zum Steuern des Auslesens und Einschreibens
von Daten. Die beiden Busse 24 und 26 sind auch mit einem
Ausgangslatch 28 verbunden, das die Umformersignalverar
beitungsschaltung 10 schnittstellenmäßig mit einem externen
Gerät verbindet, welches letztlich die abgetastete oder
gemessene Winkelpositionsinformation verwendet. Obgleich es
in Fig. 1 nicht dargestellt ist, verlaufen weitere Leitungen
zwischen dem Mikroprozessor 12 und den anderen Kompo
nenten oder Einheiten, und zwar zur Steurung des Transfers
von Daten in und aus den Komponenten.
Die Verarbeitungsschaltung 10 enthält auch einen Takt
geber 22 zum Erzeugen von Takt- oder Zeitgabesignalen für
den Mikroprozessor 12 und die Umformerschaltung 8. Insbe
sondere liefert der Taktgeber 22 ein Taktsignal und ein
Abtastsignal an die Umformerschaltung über Leitungen 56
beziehungsweise 61. Der Taktgeber liefert auch ein Zeit
referenzsignal für einen Resolversignalgenerator 23. Der
Signalgenerator 23 liefert in herkömmlicher Weise ein Sinus-
und Kosinus-Signal aus dem Zeitreferenzsignal, die benötigt
werden, wenn ein Resolver als Umformer 8 eingesetzt wird.
Fig. 2 zeigt die Einzelheiten der Umformerschaltung
18. Die drei Umformersignaleingangsleitungen A, B und Z
sind mit einem Codiersignalverarbeiter 30 verbunden, der
eine Quadraturerfassung, Indexerfassung und Signalfehler
erfassung vorsieht. Der Codiersignalverarbeiter wird im
folgenden Abschnitt beschrieben, der sich mit der Codierer
betriebsartoperation befaßt. Der Codierersignalverarbeiter
30 erzeugt einen Satz von Steuersignalen für einen vorein
stellbaren 16-Bit-Aufwärts/Abwärts-Positionszähler 36. Die
Steuersignale des Codiersignalverarbeiters 30 umfassen Zähl
freigabe, Zählrichtung und Zählvoreinstellung. Ein Zwei-
Auf-Eins-Rücksetzmultiplexer 34 verbindet entweder das
Rücksetzsignal vom Codierersignalverarbeiter 30 oder das
Abtastsignal an der Leitung 61 mit einem Rücksetzanschluß
37 des Positionszählers 36, und zwar in Abhängigkeit von
einem Betriebsartsignal. Das Zählvoreinstellungs- oder Vor
einstellzählsignals bestimmt, welchen von zwei vorbestimmten
Werten der Zähler beim Empfang eines Rücksetzsignals
annimmt. Sowohl der Codierersignalverarbeiter 30 als auch der
Positionszähler 36 empfangen das Taktsignal an der Leitung
56 vom Taktgeber 22.
Die Zähldaten des Positionszählers 36 werden kontinu
ierlich parallel ausgegeben über einen Positionsbus 38 an
die Dateneingänge eines Positionsregisters 40 und ein
Berührungssondenregisters 42. Jedes dieser Register hat einen
einzigen 16-Bit-Speicherbereich zum Speichern der Digital
zählung des Positionszählers 36. Wenn das Positions- und
Berührungssondenregister 40 beziehungsweise 42 ein Frei
gabesignal am jeweiligen Strobe- oder Markieranschluß
erhalten, wird die Zahl, die am Positionsbus 38 anliegt, in
dem betreffenden Register gespeichert.
Die Eingangsleitung B der Umformerschaltung 18 ist
darüber hinaus mit einem Nulldurchgangsdetektor 46 verbunden,
der einen positiven Ausgangsimpuls abgibt, immer wenn
das Signal an der Eingangsleitung B einen Hoch-Nach-Tief-
Nulldurchgang hat. Dieser Ausgangsimpuls wird einem Ein
gang eines UND-Glieds 47 zugeführt. Der andere Eingang des
UND-Glieds 47 erhält das Abtastsignal vom Taktgeber 22 über
eine Leitung 61. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 47 ist
mit einem Eingang eines Zwei-Auf-Eins-Markiersignalmulti
plexers 44 verbunden. Der andere Eingang des Markiersignal
multiplexers 44 (strobe signal multiplexer) erhält das
Abtastsignal (sample signal) vom Taktgeber 22. Der Ausgang
des Markiermultiplexers 44 ist mit dem Markieranschluß des
Positionsregisters 40 verbunden, und zwar zum periodischen
Freigeben dieses Registers zum Zwecke der Speicherung der
Daten am Positionsbus 38.
Der Berührungssondeneingang der Umformerschaltung 18
ist mit einem Signaldetektor 50 verbunden, dessen Ausgangs
anschluß mit dem Strobe- oder Markieranschluß des Berüh
rungssondenregisters 42 verbunden ist. Der Berührungssonden
signaldetektor 50 fühlt die Aktivierung der Berührungs
sonde 6 ab, und zwar zur Erzeugung des Strobe- oder
Markiersignalimpulses an seinem Ausgangsanschluß. Der Aus
gangsanschluß des Berührungssondensignaldetektors 50 ist
weiterhin mit einem Umformerschaltungsstatusregister 52
verbunden. Das Statusregister 52 speichert das Markier
signal vom Berührungssondensignaldetektor 50 zum Anzeigen
des Auftretens einer Berührungssondentriggerung. Andere
Eingangssignale zum Statusregister 52 geben verschiedene
Zustände des Codierersignalprozessors 30 an, wie es noch
beschrieben wird. Der Inhalt des Statusregisters 52 wird
vom Mikroprozessor periodisch ausgelesen, um das Auftreten
verschiedener Umstände abzufählen, beispielsweise wie die
Berührungssondenaktivierung.
Der Codierersignalprozessor 30 erhält die Konfigura
tionssignale vom Codiererkonfigurationsregister 54. Diese
Signale konfigurieren den Codierersignalprozessor 30 für
die spezifische Art von Codierer, die mit ihm verbunden
ist.
Die Umformerschaltungsregister 40, 42, 52 und 54 sind
sowohl mit dem Adreßbus 24 als auch mit dem Datenbus 26 der
Umformersignalverarbeitungschaltung 10 verbunden. Diese
Verbindungen ermöglichen es dem Mikroprozessor 12 Information
vom Positionsregister 40, vom Berührungssondenregister
42 und vom Statusregister 52 zu lesen und darüber hinaus
Konfigurationsdaten in das Codiererkonfigurationsregister
54 zu lesen, und zwar während der Systeminitialisierung.
Wie bereits oben vermerkt, kann die Umformerverarbeitungs
schaltung 10 zur Verwendung mit einem Resolver für den
Wandler oder Umsetzer 8 konfiguriert sein. Wie man Fig. 1
und 2 entnehmen kann, ist mit einer Leitung 58 ein von Hand
betätigbarer Schalter 59 verbunden, mit dessen Hilfe an die
Leitung 58 ein Betriebsartauswahlsignal mit einem hohen
logischen Pegel gelegt werden kann, wenn die Verarbeitungs
schaltung 10 in die Resolverbetriebsart gebracht werden
soll. In diesem Modus oder in dieser Betriebsart erzwingen
die Ausgangssignale des Codierersignalprozessors 30, daß
der Positionszähler 36 derart konfiguriert ist, daß er
fortwährend die Impulse des Taktsignals an der Leitung 56
zählt und auf einen Nullzählwert zurückgesetzt wird, wenn
an den Anschluß 37 ein Signal mit niedrigem Pegel angelegt
wird. Der hohe logische Pegel an der Betriebsartleitung 58
verursacht auch, daß der Rücksetzmultiplexer 34 das
Abtastsignal vom Taktgeber 22 zum Rücksetzanschluß 37 des
Positionszählers 36 weiterleitet. Der Strobe- oder Markier
multiplexer 44 erhält ebenfalls das Betriebsartauswahl
signal hohen Pegels und wird dadurch veranlaßt, das Aus
gangssignal vom UND-Glied 47 zum Strobe- oder Markieran
schluß des Positionsregisters 40 weiterzuleiten. Diese
zuletzt genannte Weiterleitverbindung verursacht, daß das
Positionsregister 40 am Positionsbus 38 auftretende Daten
speichert, und zwar immer dann, wenn ein Nulldurchgang im
Signal an der Umformereingangsleitung B auftritt, die das
Ausgangssignal des Resolvers erhält.
Die Operation oder Arbeitsweise der Umformerschaltung
18 in der Resolverbetriebsart kann sehr gut unter Bezugnahme
auf die Schwingenformen oder Signalverläufe beschrieben
werden, die in Fig. 6 dargestellt sind. Die oberste
Schwingungsform in Fig. 6 zeigt ein der Eingangsleitung B
zugeführtes sinusförmiges Signal von der Rotorspule des
Resolvers. Dieses Ausgangssignal wird in der Rotorspule des
Resolvers als Folge der sinusförmigen und kosinusförmigen
Erregersignale induziert, welche der Signalgenerator 23
liefert. Die Frequenz dieser sinus- und kosinusförmigen
Erregersignale und damit auch diejenigen des Ausgangssignals
des Resolvers beträgt 5 kHz, obgleich man auch andere
Resolverfrequenzen wählen kann, insbesondere eine Frequenz in
einem Bereich von 1 bis 10 kHz. Die Frequenz des Takt
signals für die Umformerschaltung 18 an der Leitung 56 ist
ein ganzzahliges Vielfaches der Ausgangssignalfrequenz des
Resolvers. So kann das Taktsignal beispielsweise eine
Frequenz von 20 MHz haben, was bedeutet, daß 4000 Perioden des
Taktsignals auf eine Periode des 5-kHz-Resolvererreger
signals fallen.
Der Taktgeber 22 erzeugt auch das Sample- oder Abtast
signal mit einer Frequenz, die ein Viertel der Frequenz der
Resolvererregersignale beträgt, das heißt, 1,25 kHz. Da
sowohl das Abtastsignal als auch die Resolvererregersignale
mittels desselben Taktgebers gewonnen werden, sind sie
zueinander synchron. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel
für die Signalverläufe weist das Abtastsignal einen Impuls
niedrigen Pegels während einer Zeit auf, die bei T 0 beginnt
und für eine Periode des Resolvererregersignals andauert.
Danach nimmt das Abtastsignal für drei Perioden des
Erregersignals einen hohen Signalpegel an. Die Abfallflanke des
Abtastsignals zur Zeit T 0 setzt den Zählwert im Positions
zähler 36 auf 0 zurück, und es beginnt eine neue Zählung
der Taktsignalimpulse an der Leitung 56. Die Frequenzen der
Erreger-, Takt- und Abtastsignale sind bezüglich der Dreh
zahl oder Geschwindigkeit, mit der der Resolver seine
Position ändert, hinreichend hoch, so daß bei der Positionsab
fühlung die gewünschte Genauigkeit erzielt wird.
Unter Bezugnahme auf die Einzelheiten der Umformer
schaltung nach Fig. 2 sei darauf hingewiesen, daß der
Nulldurchgangsdetektor 46 an einem Knoten M ein Ausgangs
signal hohen Pegels erzeugt, wenn das an der Leitung B auf
tretende Resolverausgangssignal die Nullachse durchquert,
und zwar von einem hohen Wert in Richtung auf einen
niedrigen Wert. Der erste Nulldurchgang dieser Art, der kurz
nach der Zeit T 0 auftritt, wird an einer Weiterleitung
durch das UND-Glied 47 infolge des Abtastsignals niedrigen
Pegels gehindert, das dem anderen Eingang des UND-Glieds 47
zugeführt wird. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 47 tritt
an einem Knoten N auf, und der entsprechende Signalverlauf
ist in Fig. 6 unter Bezugnahme auf eine entsprechende
Bezeichnung dargestellt. Nimmt das Abtastsignal einen hohen
Pegel an, gelangt das UND-Glied 47 in einen Zustand, in
welchem sein Ausgangspegel dem Pegel des Signals am Ausgang
des Nulldurchgangsdetektors 46 entspricht. Daher wird von
einer Zeit T 1 an, bei der der nächste Hoch-Nach-Tief-Null
durchgang im Resolverausgangssignal auftritt, ein Impuls
mit einen hohen logischen Wert vom Nulldurchgangsdetektor 46
über das UND-Glied und über den Multiplexer 44 dem Strobe-
oder Markiereingang des Positionsregisters 40 zugeführt.
Dieser Markierimpuls veranlaßt, daß das Positions
register 40 zu diesem Zeitpunkt den Zählwert des Positions
zählers 36 speichert. Bezieht man sich beispielsweise auf
die zuvor angegebenen Frequenzen, beträgt zur Zeit T 1 dieser
Zählwert 5000. Zu einer Zeit T 2 tritt ein weiterer
Hoch-Nach-Tief-Nulldurchgang im Resolverausgangssignal auf.
Dadurch wird verursacht, daß das Positionsregister 40 mit
dem laufenden Positionszählwert aktualisiert wird. So
beträgt beispielsweise beim Zeitpunkt T 2 der Zählwert 9000.
Gleichermaßen tritt zur Zeit T 3 ein weiterer Nulldurchgang
dieser Art im Resolverausgangssignal auf, wodurch das
Positionsregister 40 auf den gegenwärtigen oder laufenden
Zählwert der Taktsignalimpulse aktualisiert wird. Zu diesem
Zeitpunkt weist der Positionszähler 36 beispielsweise
einen laufenden Zählwert von 13 000 auf.
Zu einer Zeit T 4 erscheint im Abtastsignal eine
abfallende Flanke, die zusätzlich zu einer Rücksetzung des
Positionszählers 36 dem Mikroprozessor 12 (Fig. 1) auch
signalisiert, daß die Umformerschaltung 18 ein zur Verarbeitung
gültiges Ausgangssignal aufweist, aus dem die Winkelposition
des Resolvers abgeleitet werden kann. Der Mikroprozessor
12 spricht auf die Abfallflanke des Abtastsignals
dadurch an, daß er über den Adreßbus 24 das Positionsregister
40 adressiert und den Inhalt dieses Registers über den
Datenbus 26 ausliest. Das Auslesen des Inhalts des
Positionsregisters 40 mittels des Mikroprozessors 12 erfolgt
während eines Zeitraums, bei dem das Abtastsignal einen
niedrigen Pegelzustand hat und daher der Inhalt des
Positionsregisters 40 keine Änderung erfährt.
Steht der Rotor des Resolvers still, enthält das
Positionsregister 40 über mehrere Abtastperioden denselben
Wert. Ändert sich jedoch die Phase des Resolverausgangs
signals, was bei einer Änderung in der Position des
Resolverrotors der Fall ist, würde sich auch der endgültige
Zählwert im Positionsregister 40 zur Zeit T 4 ändern. Beim
obigen Beispiel betrug zur Zeit T 3 der Zählwert 13 000. Wäre
der Nulldurchgang geringfügig vor der Zeit T 3 aufgetreten,
wäre der Zählwert geringer, beispielsweise 12 000. Wenn sich
daher der Resolver dreht, ändern sich die vom Positions
register genommenen Abtastzählwerte in einem Ausmaß, das der
Position des Rotors entspricht. Legt man die bei dem oben
betrachteten Beispiel verwendeten Frequenzen zugrunde, ruft
jede Änderung von 0,09° in der Position des Resolverrotors
eine Änderung um 1 in dem gespeicherten Zählwert des
Positionsregisters 40 hervor (360°/4000 Zählwerte pro
Umdrehung).
Der Mikroprozessor 12 nimmt eine Modulo-4000-
Arithmetik am Inhalt des Positionsregisters 40 vor, um die
Position des Resolverrotors zu bestimmen. Die vom Mikropro
zessor 12 zu lösende Gleichung lautet:
NP = |PC| MOD 4000 (1)
Führt man die arithmetische Operation bei dem obigen
Beispiel aus, wobei der endgültige Positionszählwert (PC)
im Positionsregister 40 zur Zeit T 4 gleich 13 000 ist,
erhält man eine normalisierte Position (NP) von 1000. Diesen
Wert kann man direkt als eine Anzeige der relativen Position
des Resolverrotors verwenden, oder man kann ihn mit
0,09° multiplizieren, um die Position in Grad zu erhalten
(beispielsweise 90°).
Wie man es dem Signalverlaufdiagramm nach Fig. 6 ent
nehmen kann, stellt der zur Zeit T 4 ausgelesene Abtast
zählwert die Position des Resolvers zur Zeit T 3 dar, die
eine gewisse Zeitspanne vor der Zeit T 4 aufgetreten ist.
Die Positionsdaten, die vom Mikroprozessor 12 verarbeitet
werden, sind daher veraltet oder überholt, da sie nicht die
Winkelposition zur Abtastzeit T 4 darstellen. Das Ausmaß des
Überholtseins verändert sich mit der Rotorposition. Wenn
darüber hinaus aus irgendeinem Grunde der Zählwert zur Zeit
T 3 nicht abgetastet worden ist, wäre der Positionszählwert
zur Zeit T 2 im Positionsregister 40 gespeichert. Obgleich
der Zählwert zur Zeit T 2 unter Verwendung der Gleichung (1)
eine gültige Positionsanzeige liefert, wäre das Resultat in
einem hohen Maße veraltet oder überholt. Da aber die Daten
in Bezug auf das Rücksetzen des Positionszählers 36 zur
Zeit T 0 zu einem festen Zeitpunkt verarbeitet werden, ist
der Wert des Inhalts des Positionsregisters eine direkte
Anzeige des Ausmaßes des Überholtseins der Positionszähl
wertabtastung. Je größer die Zahl im Positionsregister 40
ist, um so aktueller ist der Abtastwert. Würde beispiels
weise der vom Mikroprozessor verarbeitete Abtastwert zur
Zeit T 2 gewonnen, wäre der Inhalt des Positionsregisters
gleich 9000, wohingegen bei einer jüngeren Abtastung zur
Zeit T 3 der Inhalt des Positionsregisters 13 000 betragen
würde.
Der Inhalt des Positionsregisters wird herangezogen,
um zu berechnen, wie weit in der Zeit zurückliegend der
Abtastwert gewonnen wurde. Das Überholtsein oder die Zeit
spanne zwischen dem letzten Zeitpunkt, zu dem ein Zählwert
im Positionsregister 40 gespeichert worden ist, und der
Zeit T 4 wird unter Verwendung der folgenden Gleichung
berechnet:
Überholtsein = SP - |PC × CP| (2)
Hierbei ist SP die Abtastsignalperiode, PC der
Positionszählwert und CP die Taktsignalperiode. Mit den Signal
frequenzen des betrachteten Ausführungsbeispiel beträgt im
obigen Beispiel das Überholtsein der Abtastung zur Zeit T 3:
Überholtsein = 800 µsek - |13 000 × 50 nsek| = 150 µsek
Nachdem die Zeit des Überholtseins bestimmt worden
ist, kann man sie heranziehen, um die aktuelle Position des
Resolvers zur Zeit T 4 zu berechnen, nachdem der im
Positionsregister 40 gespeicherte Zählwert ausgelesen ist. Wie
bereits vorstehend bemerkt, sind die verschiedenen Signal
frequenzen derart gewählt worden, daß die Positions
abtastungen im Vergleich zum Ausmaß der Änderung der Winkel
position des zu messenden Gegenstands mit einer relativ
hohen Folgerate genommen werden. Das Ausmaß der Änderung in
der Geschwindigkeit des sich drehenden Gegenstands bleibt
daher von einer Berechnung durch den Mikroprozessor 12 bis
zur nächsten Berechnung relativ konstant. Der Mikroprozessor
12 speichert die vorausgehend berechnete Winkelposition
im RAM 16. Diese vorangegangene Position, um die Geschwin
digkeit abzuleiten, das heißt das Ausmaß der Änderung der
Resolverposition zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Abtastungen. Da die Abtastungen zu im wesentlichen festen
Zeitintervallen gewonnen werden, ist die Geschwindigkeits
berechnung ein geradewegs durchzuführender Vorgang. Die
berechnete Geschwindigkeit wird dann multipliziert mit der
Zeit des Überholtseins, um die inkrementale Distanz zu
gewinnen, um die sich der Resolver zwischen dem letzten Null
durchgang (T 3) und der Zeit (T 4) weitergedreht hat, zu der
die Abtastungen aus dem Positionsregister 40 ausgelesen
werden. Diese inkrementale Distanz wird der Position zur
Zeit T 3 hinzugefügt, und zwar wie berechnet nach der obigen
Gleichung (1), um die tatsächliche oder aktuelle Position
des Resolvers zur Zeit T 4 zu bestimmen, bei der die
Abtastung vom Mikroprozessor 12 ausgelesen worden ist.
Obgleich der Zeitpunkt, zu dem das Resolversignal einen Null
durchgang hat, sich mit der Position des Resolvers ändert,
kann man dieses Verfahren verwenden, um die tatsächliche
Position des Resolvers auf feste Zeitpunkte zu projizieren,
wie den Abtastzeitpunkt T 4.
Die Umformerschaltung 18 liefert in der Resolver
betriebsart nicht nur einen Mechanismus zum digitalen
Bestimmen der Position des Resolvers, sondern auch eine
Technik zum Bestimmen des Überholtseins dieser Abtastung.
Dies ermöglicht der Schaltung, die gemessene Position zu
extrapolieren, und zwar zur Ableitung der Position des
Resolvers zu einem bekannten Zeitpunkt.
Wie bereits bemerkt, kann die Umformerverarbeitungs
schaltung 10 derart konfiguriert werden, daß sie Signale
sowohl von einem Inkrementalcodierer als auch von einem
Resolver analysieren kann. Wenn unter Bezugnahme auf Fig. 1
und 2 die Schaltung 10 mit einem Codierer verwendet werden
soll, müssen verschiedenartige Signalparameter im Konfigurations
register 54 der Umformerschaltung 18 gespeichert
werden. Die Parameter werden mittels der Konfigurations
schaltung 20 in das Konfigurationsregister 54 eingegeben.
Diese Parameter definieren die Polarität der Eingangssignale
und die Art der Schalt- oder Indeximpulse vom Codierer.
Weiterhin ermöglichen oder verhindern diese Parameter andere
Maßnahmen der Verarbeitungsschaltung 10, wie eine
Störungsdetektion. Diese Konfigurationsparameter werden im
Laufe der nachfolgenden Erläuterung der Arbeitsweise der
Verarbeitungsschaltung 10 in der Codiererbetriebsart
beschrieben.
Ein herkömmlicher Positionscodierer liefert zwei
Signale, die hier mit A und B bezeichnet sind und zueinander
in einer Quadratur oder 90°-Phasenbeziehung stehen. Für
jeweils ein vorbestimmtes Drehausmaß der Codiererwelle wird
für diese Signale ein Impuls erzeugt. Jede Umdrehung der
Codiererwelle liefert beispielsweise 100 Impulse im Aus
gangssignal. Fig. 4 zeigt die Phasenbeziehung zwischen dem
Ausgangssignal A und dem Ausgangssignal B eines Codierers.
Jede Signalperiode kann in vier Intervalle unterteilt werden,
in denen die Pegel der Signale A und B vier verschiedene
Zustände beschreiben. In Fig. 4 sind gestrichelt senk
rechte Linien eingezeichnet, die diese Intervalle voneinander
trennen. Durch Auszählen der Übergänge zwischen den
Signalzuständen wird die Winkelposition der Codiererwelle
bestimmt.
Einmal pro Umdrehung liefert der Codierer einen Impuls
an die Leitung Z, der verwendet wird, um die Position des
Codierers mit einem Index zu versehen. Typischerweise ist
der Codierer in Bezug auf die Position der Welle derart
positioniert, daß der Indeximpuls bei der Nullgradposition
der Welle auftritt. Der Indeximpuls initialisiert die
Schaltung, welche die Codiererimpulse zählt.
Die Codiererhersteller haben verschiedene Indexsignal
formate für ihre Geräte vorgesehen. Der Codierersignalver
lauf nach Fig. 4 erzeugt beispielsweise einen Indeximpuls
mit derselben Dauer wie der Impuls an der Ausgangsleitung
B. Die in Fig. 5 dargestellte Codiererschwingungsform hat
allerdings einen Indeximpuls mit einer Dauer, die gleich
der Dauer von eineinhalb Perioden des Kanalsignals B ist.
Obgleich die Verarbeitung des Indexsignals des Geräts nach
Fig. 4 deswegen recht unproblematisch ist, weil die
Indizierung vorgenommen werden kann, wenn alle drei Signale A,
B und Z einen hohen logischen Pegel haben, ist die Verar
beitung des in Fig. 5 dargestellten Indexsignals schwieriger.
In Abhängigkeit von der Drehrichtung des Geräts nach
Fig. 5 tritt die Koinzidenz der hohen Pegel der drei
Signale zum ersten Mal auf, wenn der Zählwert des Positions
zähler 36 entweder drei oder sieben ist. Eine genaue
pegelsensitive Indizierung ist somit bei dieser Art von
Codierer nicht machbar. Man muß daher eine komplexe
Indizierungstechnik auf der Grund von Impulsflanken verwenden,
was später noch beschrieben wird. Die offenbarte Verar
beitungsschaltung kann in einer solchen Weise konfiguriert
werden, daß sie beide Arten von Codierersignal mit gleichem
Grad an Genauigkeit verarbeitet.
Benutzt man das offenbarte System mit einem Codierer,
erhält die Umformerschaltung nach Fig. 2 einen niedrigen
logischen Pegel über die Betriebsartauswahlleitung 58 vom
Schalter 59 (Fig. 1). Dieser logische Pegel verursacht, daß
der Rücksetzmultiplexer 34 die Rücksetzsignalleitung vom
Codierersignalprozessor 30 mit dem Positionszähler 36 ver
bindet und den Betrieb des Codierersignalprozessors 30 ermöglicht.
In ähnlicher Weise bringt der niedrige Betriebsart
auswahlpegel den Markiermultiplexer 44 in einen Zustand,
bei dem das Abtastsignal zu dem Freigabeeingang des
Positionsregisters 40 weitergeleitet wird.
Um vollkommen zu verstehen, wie die Umformerschaltung
nach Fig. 2 in der Codiererbetriebsart arbeitet, werden die
Einzelheiten des Codierersignalverarbeiters 30 anhand von
Fig. 3A und 3B beschrieben. Das Schaltungsteil nach Fig. 3A
führt eine digitale Quadraturdetektion der Signale A und B
aus, um die Drehrichtung zu bestimmen. Wie aus Fig. 3A
ersichtlich, ist die Schaltung unterteilt in einen Eingabe
abschnitt 62, einen Zwischenabschnitt 80 und einen Ausgabe
abschnitt 84. Der Eingabeabschnitt 62 besteht aus drei
Kanälen, und zwar jeweils einen für jedes der Eingangssignale
A, B und Z. Die Signale A und B vom Codierer werden jeweils
einem Eingang von separaten Exklusiv-ODER-Gliedern 60 A
beziehungsweise 60 B im Eingangsabschnitt 62 zugeführt. Das
Eingangssignal Z ist an einen Eingang eines Exklusiv-NOR-
Glieds 60 Z gelegt. Der andere Eingang von jedem der Ein
gangsglieder 60 A, 60 B und 60 Z erhält ein Signal vom
Codiererkonfigurationsregister 54, das angibt, ob das
jeweilige Codierersignal vor der weiteren Verarbeitung durch
die Schaltung nach Fig. 3A invertiert werden soll. Wie
bereits zuvor bemerkt, haben die Codierer von verschiedenen
Herstellern Ausgangssignale unterschiedlicher Polarität.
Das Konfigurationsregister 54 enthält drei Bits, die mit
INVA, INVB und INVZ bezeichnet sind, welche dem jeweiligen
anderen Eingang der drei Eingangsglieder 60 A, 60 B und 60 Z
zugeführt werden. Der logische Pegel dieser drei Bits
bestimmt, ob das entsprechende zugehörige Codierereingangs
signal invertiert wird. Die Eingangsglieder 60 A, 60 B und
60 Z ermöglichen eine Anpassung der Verarbeitungsschaltung
10 an Codierersignale unterschiedlicher Polarität.
Der Eingangsabschnitt 62 des Codierersignalprozessors
30 enthält ferner sechs D-Flipflops 64 A, 64 B und 64 Z sowie
66 A, 66 B und 66 Z. Der D-Eingangsanschluß jedes der ersten
Flipflops 64 A, 64 B und 64 Z ist mit dem Ausgang des
entsprechend bezeichneten Eingangsglieds 60 A, 60 B und 60 Z
verbunden. Der Nicht-Q-Ausgang jedes der ersten Flipflops 64 A,
64 B und 64 Z ist mit dem D-Eingang des jeweils entsprchenden
der zweiten Flipflops 64 A, 66 B und 66 Z verbunden, wie
es gezeigt ist. Der Takteingangsanschluß CLK jedes der
Flipflops 64 A, 64 B und 64 Z sowie 66 A, 66 B und 66 Z ist mit
der Taktsignalleitung 56 des Taktgebers 22 verbunden. Das
Taktsignal verursacht, daß jedes der Paare von Flipflops 64
und 66, die mit der entsprechenden Eingangsleitung A, B
oder Z verbunden sind, zwei aufeinanderfolgende binäre
Abtastungen des Eingangssignals speichert. In Wirklichkeit
ist es so, daß die zweiten Flipflops 66 A, 66 B und 66 Z die
Inversion der ersten Abtastungen speichern. Mit jedem vom
Codierersignalprozessor 30 empfangenen Taktimpuls wird die
Abtastung des ersten Flipflops 64 jedes der drei Kanäle A,
B und Z in das zweite Flipflop 66 des jeweiligen Kanals
geschoben. Zu dieser Zeit wird eine neue Abtastung des
Signals für den jeweiligen Kanal genommen und temporär im
ersten Flipflop 64 A, 64 B oder 64 Z gespeichert.
Die Ausgangssignale der beiden Flipflops 64 Z und 66 Z
für das Indexsignal erfordern keine weitere Verarbeitung
durch die Schaltung nach Fig. 3A und werden daher direkt an
Ausgangsanschlüsse ZO und ZN weitergeleitet, und zwar als
Altes-Z-Abtastsignal (ZO) beziehungsweise als Neues-Z-Abtast
signal (ZN). Der Nicht-Q-Ausgang des Flipflop 64 Z
gelangt zum Neuen-Z-Anschluß 115 (ZN) der Schaltung nach
Fig. 3A, und der Q-Ausgang des Flipflop 66 gelangt zum Alten-Z-
Anschluß 114 (ZO) der Schaltung.
Die Ausgänge der Flipflop 64 A und 64 B sowie 66 A und
66 B des Eingangsabschnitts 62 sind mit verschiedenen Gliedern
von acht NOR-Gliedern 71 bis 78 im Zwischenverar
beitungsabschnitt 80 verbunden, wie es aus Fig. 3A
hervorgeht. Jedes der NOR-Glieder 71 bis 78 vergleicht die
beiden aufeinanderfolgenden Signalabtastungen der Flip
flops 64 und 66 der jeweiligen Kanäle A und B. Die NOR-
Glieder 71 bis 74 verarbeiten die A-Signalabtastungen, und
die NOR-Glieder 75 bis 78 verarbeiten die B-Signalab
tastungen. Ein Hoch-Ausgangssignal wird erzeugt von einem
der vier NOR-Glieder 71 bis 74 sowie 75 bis 78 jedes Kanals
A und B, das die logischen Pegel der beiden Signalab
tastungen des betreffenden Kanals angibt. Das NOR-Glied 71
erzeugt einen hohen Ausgangspegel, wenn beide Signalab
tastungen niedrige logische Pegel (Nullen) haben, das NOR-
Glied 72 erzeugt einen hohen Ausgangspegel, wenn die erste
Signalabtastung einen niedrigen logischen Pegel und die
zweite Signalabtastung einen hohen logischen Pegel (eine
Eins) aufweist. Gleichermaßen erzeugt das NOR-Glied 73
einen hohen logischen Pegel, wenn die erste Signalab
tastung einen hohen logischen Pegel und die zweite Signal
abtastung einen niedrigen logischen Pegel hat. Das vierte
NOR-Glied 74 erzeugt einen hohen logischen Pegel, wenn
beide Signalabtastungen hohe Pegel haben. Diese verschie
denartigen Abtastzustände werden durch numerische Bit
muster oberhalb jeder der Ausgangsleitungen der NOR-Glieder
in Fig. 3A dargestellt. Gleichermaßen erfassen die
B-Signal-NOR-Glieder 75 bis 78 einen ähnlichen Satz von Bit
muster in den Signalabtastungen von diesem Kanal B.
Die Ausgänge der NOR-Glieder 71 bis 78 in dem
Zwischenabschnitt 80 sind mit verschiedenen Gliedern von 16
primären NAND-Gliedern 82 a bis 82 p im Ausgangsabschnitt 84
verbunden, wie es aus Fig. 3A hervorgeht. Die primären
NAND-Glieder 82 a bis 82 p erfassen separate Kombinationen
der 16 möglichen Kombinationen der Ausgänge der acht NOR-
Glieder 71 bis 78 des Zwischenabschnitts 80, wie es durch
numerische Bitmuster an den Ausgangsleitungen der primären
NAND-Glieder 82 a bis 82 p dargestellt ist. Die ersten beiden
Bits jedes Musters stellen die A-Signalabtastungen, und die
letzten beiden Bits jedes Musters stellen die B-Signalab
tastungen dar. Der Ausgang des primären NAND-Glieds 82 a bis
82 p, der dem Bitmuster von zwei aufeinanderfolgenden
Abtastungen der Signale A und B entspricht, hat einen niedrigen
logischen Pegel. Der Ausgang des obersten primären
NAND-Glieds 82 a hat beispielsweise einen niedrigen Pegel,
wenn die beiden aufeinanderfolgenden Abtastungen des
Signals A beide Nullbits sind und die beiden aufeinander
folgenden Abtastungen des Signals B ebenfalls beide Null
bits sind. In entsprechender Weise weist das unterste
primäre NAND-Glied 82 p einen niedrigen Ausgang auf, wenn alle
vier Abtastungen der A- und B-Signalabtastung logische
Einsen sind. Die anderen 14 primären NAND-Glieder 82 b bis
82 o entsprechen den übrigen Kombinationen der beiden
Signalabtastungen vom Kanal A und der beiden Signalab
tastungen vom Kanal B.
Die Ausgänge von den primären NAND-Glieder 82 a bis 82 p
sind mit den Eingängen von sechs sekundären NAND-Gliedern
90 bis 95 verbunden. Insbesondere geben die Ausgänge der
primären NAND-Glieder 82 c, 82 e, 82 l und 82 n Signalproben
muster an, die auftreten, wenn sich die Codiererwelle in
einer in Fig. 4 eingezeichneten Richtung 100 dreht. Die
Drehung in dieser Richtung 100 ist willkürlich als eine
Inkrementierung oder Aufwärtszählung des Positionszählers
36 erzeugend definiert. Die Ausgänge dieser NAND-Glieder
sind alle mit dem sekundären Aufwärtszähl-NAND-Glied 92
verbunden. Gleichermaßen geben die primären NAND-Glieder
82 b, 82 h, 82 i und 82 o eine Drehung in der entgegengesetzten
Richtung 101 (Fig. 4) an, die als eine Dekrementierung
oder Abwärtszählung des Positionszählers 36 erzeugend
definiert ist. Die Ausgänge der zuletzt genannten vier NAND-
Glieder sind mit dem sekundären Abwärtszähl-NAND-Glied 93
verbunden. Jeder der Ausgänge des sekundären Aufwärtszähl-
beziehungsweise Abwärtszähl-NAND-Glieds 92 beziehungsweise
93 ist mit einem separaten Exklusiv-ODER-Glied 97 beziehungs
weise 98 verbunden, um Codiererrichtungsanzeigesignale
zu liefern. Der mit aufwärts (UP) bezeichnete Ausgang des
Exklusiv-ODER-Glieds 97 ist mit dem Positionszähler 36 ver
bunden, um die Richtung seiner Zählung festzulegen. Diese
Exklusiv-ODER-Glieder 97 und 98 erhalten auch das
Richtungsänderungsbit CDR vom Ausgang des Codiererkonfigurations
registers 54, um die Zählerrichtungssignale zu invertieren,
sofern dies für gewisse Codierer erforderlich ist.
Der Ausgang der primären NAND-Glieder 82 f, 82 g, 82 j und 82 k
sind mit dem sekundären Störungs- oder Fehler-NAND-Glied 91
verbunden. Ein niedriger Ausgangspegel von irgendeinem dieser
vier primären NAND-Glied 82 f, 82 g, 82 j und 82 k zeigt
an, daß in den Signalen A und B ein Übergang gleichzeitig
aufgetreten ist. Da diese beiden Signale aber in Quadratur
(Phasenverschiebung um 90°) zueinander sind, können derartige
gleichzeitige Übergänge rechtmäßig nicht auftreten. Ein
solches Auftreten erzeugt daher ein Störungs- oder Fehler
signal an einem Anschluß 119.
Der Ausgang der übrigen vier primären NAND-Glieder
82 a, 82 d, 82 m und 82 p ist mit dem sekundären NAND-Glied 90
verbunden. Ein niedriger Pegel am Ausgang von irgendeinem
dieser primären NAND-Glieder tritt auf, wenn sich der
Codierer nicht bewegt. Die Ausgänge von den sekundären NAND-
Gliedern 90 und 91 führen zu einem ODER-Glied 96, um an
einem Anschluß 121 ein aktives Niedrigpegel-Zähler-Frei
gabesignal zu erzeugen.
Die Ausgänge der primären NAND-Glieder 82 b, 82 c, 82 n
und 82 o sind noch mit einem sekundären NAND-Glied 94
verbunden, das an einen Anschluß 110 ein Ausgangssignal BX
hohen Pegels abgibt, wenn ein gültiger Übergang des Signals
B auftritt. Die primären NAND-Glieder 82 h, 82 n und 82 p sind
noch mit dem sekundären NAND-Glied 95 verbunden, um an
einen Anschluß 117 ein Z-Aktiv-Signal (ZA) hohen Pegels
abzugeben, das einen gültigen Zustand mit hohen Pegeln
sowohl für das Signal A als auch das Signal B anzeigt.
Die Arbeitsweise des Quadratur-Detektorteils des in
Fig. 3A gezeigten Codiererprozessors 30 wird am besten
unter Bezugnahme auf die Codiererschwingungsformen oder
Codierersignalverläufe verstanden, die in Fig. 4 darge
stellt sind. Da die Ausgangssignale A und B in Quadratur
zueinander beziehungsweise um 90° zueinander phasenver
schoben sind, eilt das eine Signal dem anderen um 90° vor
aus, und zwar in Abhängigkeit von der Drehrichtung 100 oder
101 des Codierers. Dreht sich der Codierer in der Richtung
100, eilt das B-Signal dem A-Signal voraus, wohingegen das
Kanalsignal A vorauseilt, wenn sich der Rotor in der
Richtung 101 dreht. Die Bewegung in der Richtung 100 ist will
kürlich so definiert, daß sie eine Inkrementierung des
Positionszählers 36 verursacht. Demgegenüber bewirkt eine
Bewegung in der entgegengesetzten Richtung 101 eine
Dekrementierung dieses Zählers. Bewegt sich beispielsweise der
Codierer zur Zeit T 2 in der Richtung 100, sind die beiden
Abtastungen des A-Kanals beide 0, und das B-Kanalsignal hat
eine vorangegangene Abtastung von 1, und die gegenwärtige
Abtastung ist 0. Diese Kombination von Abtastungen wird
angezeigt durch einen hohen Pegel am Ausgang der NOR-Glieder
71 und 77 und einen niedrigen Pegel am Ausgang der übrigen
NOR-Glieder. Dieser Ausgang liefert einen aktiven niedrigen
Ausgang vom primären NAND-Glied 82 c, das über das NAND-
Glied 92 und das Exklusiv-ODER-Glied 97 weiterverbunden
ist, um einen aktiven hohen Pegel am Aufwärtszählanschluß
112 zu erzeugen. Dieser hohe Pegel führt zum Positions
zähler 36 und verursacht eine Inkrementierung seines Zähl
wertes beim nächsten Taktimpuls.
Ähnliche Aufwärtszählanzeigen werden geliefert vom
NAND-Glied 82 e, wenn das Bitmuster 0100 ist, vom NAND-Glied
82 l, wenn das Bitmuster 1011 ist, und vom NAND-Glied 82 n,
wenn das Bitmuster 1101 ist. Jedes dieser Bitmuster, das
eine Aufwärtszählanzeige liefert, tritt auf, wenn sich der
Codierer in der Inkrementierungsrichtung 100 dreht. Dreht
sich der Codierer in der Dekrementierungsrichtung 101,
erzeugen die NAND-Glieder 82 b, 82 h, 82 i und 82 o Ausgangs
signale mit niedrigem Pegel, die die Drehung in dieser
Richtung anzeigen. Der Ausgang von jedem dieser NAND-
Glieder 82 b, 82 h, 82 i und 82 o ist mit dem Abwärtszähl-NAND-
Glied 93 verbunden, dessen Ausgang über das Exklusiv-ODER-
Glied 98 mit dem Abwärtszählsignalanschluß 113 verbunden
ist, wie es aus Fig. 3A hervorgeht.
Die Ausgangssignale des in Fig. 3A dargestellten
Quadraturabschnitts des Codierersignalprozessors 30 sind
mit einem in Fig. 3B Indexsignalverarbeitungsabschnitt
verbunden. Der Zweck der Indexsignalverarbeitungsschaltung
besteht in der Überprüfung der Pegel der drei Eingangs
signale A, B und Z, und die Schaltung dient zum periodischen
Zurücksetzen des Positionszählers 36 beim Auftreten
des Indexsignalimpulses. Wie noch weiter unten ersichtlich,
kann der Codierersignalprozessor 30 derart konfiguiert
werden, daß er verschiedene Arten von Indexschemen von
verschiedenartigen Codierern handhaben kann.
Die Aufwärts- und Abwärtszählsignale vom Ausgabeab
schnitt der Schaltung nach Fig. 3A gelangen über die
Eingangsanschlüsse 112 und 113 zur dem J- beziehungsweise
K-Eingang eines ersten Flipflop 125. Der Q-Ausgang des
ersten J-K-Flipflop 125 ist mit einem von drei Eingängen
eines ersten NAND-Glieds 126 verbunden. Darüber hinaus ist
der Q-Ausgang mit einem Zählervoreinstell-Ausgangsanschluß
124 verbunden, der zum Positionszähler 36 führt. Der Nicht-
Q-Ausgang des ersten Flipflop 125 ist mit einem Eingang
eines zweiten NAND-Glieds 138 mit drei Eingängen verbunden.
Die Altindexsignalabtastung ZO gelangt vom Anschluß 114 zu
einem weiteren Eingang des zweiten NAND-Glieds 128 und über
ein Umkehrglied 132 zu einem weiteren Eingang des ersten
NAND-Glieds 126. Die Neuindexsignalabtastung ZN gelangt vom
Anschluß 115 direkt zu jeweils einem Eingang des zweiten
und dritten NAND-Glieds 126 und 130 sowie über ein Umkehr
glied 134 zum dritten Eingang des NAND-Glieds 128. Das
Z-Aktivsignal ZA wird vom Anschluß 117 einem weiteren Eingang
des dritten NAND-Glieds 130 zugeführt.
Ein Signal vom Codiererkonfigurationsregister 54, das
angibt, ob die Signalpegelindizierung freigegeben werden
soll, gelangt über den Anschluß 122 zu einem weiteren Eingang
des dritten NAND-Glieds 130. Ein weiteres Signal vom
Codiererkonfigurationsregister 54, das alternativ anzeigt,
daß die impulsflankensensitive Indizierung freigegeben werden
soll, gelangt von dem Anschluß 123 zu den Löschan
schlüssen CD (clear device) des ersten und zweiten J-K-
Flipflop 125 und 136. Das Impulsflankenindizierungsfrei
gabesignal am Anschluß 123 wird auch über ein Umkehrglied
138 dem vierten Eingang des dritten NAND-Glied 130 zuge
führt.
Die Ausgänge des ersten und zweiten NAND-Glieds 126
und 128 sind mit den Eingängen eines viertes NAND-Glieds
140 verbunden, dessen Ausgang zum J-Eingangsanschluß des
zweiten J-K-Flipflop 136 führt. Der Q-Ausgang des zweiten
J-K-Flipflop 136 ist mit einem Eingang eines fünften NAND-
Glieds 142 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem
Anschluß 110 für das B-Übergangssignal BX verbunden ist. Der
Ausgang des fünften NAND-Glieds 142 ist über ein Umkehr
glied 144 an den K-Anschluß des zweiten J-K-Flipflop 136
angeschlossen. Der Ausgang des fünften NAND-Glieds 142 ist
außerdem mit einem sechsten NAND-Glied 146 verbunden, dem
auch noch der Ausgang des dritten NAND-Glieds 130 zugeführt
wird. Der Ausgang vom sechsten NAND-Glied 146 wird in einem
Umkehrglied 148 invertiert, um an einem Anschluß 150 das
aktive niedrige Positionszählerrücksetzsignal zu erzeugen.
Der Anschluß 150 ist über den Rücksetzmultiplexer 34
(Fig. 2) mit dem Rücksetzanschluß 37 des Positionszählers 36 ver
bunden.
Der Rücksetzanschluß 150 ist außerdem an einem Eingang
eines siebten NAND-Glieds 152 angeschlossen, dessen Ausgang
mit dem D-Anschluß eines D-Flipflop 154 verbunden ist. Das
Indexkennzeichenfreigabebit vom Codiererkonfigurations
register 54 gelangt über den Anschluß 118 zum Löschanschluß
CD des Flipflop 154. Der Nicht-Q-Ausgang des Flipflop 154
erzeugt am Anschluß 156 das Index-Gefunden-Kennzeichen-
Signal, das auch dem anderen Eingang des siebten NAND-
Glieds 152 zugeführt wird. Das Flipflop 154 dient als
Datenlatch für ein Kennzeichen (flag), das anzeigt, daß die
Indizierung stattgefunden hat. Der Anschluß 156 ist mit
einem Bitspeicherbereich im Statusregister 52 (Fig. 2)
verbunden. Das Flipflop 154 wird dadurch gelöscht, daß das
Indexkennzeichenfreigabebit im Codiererkonfigurations
register 154 zurückgesetzt wird.
Ein ähnliches als Latch dienendes Flipflop 158 dient
zum Halten einer Quadraturstörungsanzeige. Das Quadratur
störungssignal (fault) gelangt über den Anschluß 119 zu
einem Eingang des NOR-Glieds 160. Ein hohes aktives
Störungskennzeichenfreigabebit vom Codiererkonfigurations
register 154 gelangt über einen Anschluß 120 zu dem aktiven
niedrigen Setzanschluß SG des D-Flipflops 158. Der Q-
Ausgang des Flipflops 158 liefert an einen Anschluß 162 ein
Quadratur-Störungs-Kennzeichen-Signal, das dem Status
register 52 zugeführt wird. Der Nicht-Q-Ausgang wird zum
anderen Eingang des NOR-Glieds 160 zurückgeführt. Das Takt
signal des Taktgebers 22 liegt an an den Taktanschlüssen
der Flipflops 125, 136, 154 und 158.
Wie bereits bemerkt, haben verschiedene Hersteller von
Codierern unterschiedliche Mechanismen zum Erzeugen der
Indizierungsanzeige verwirklicht. Wie es aus den Schwingungs
formen nach Fig. 4 hervorgeht, hat das Index- oder Z-Signal
einen Impuls hohen Pegels, der kürzer als eine Periode der
Signale A und B ist. Mit dieser Art von Siganlen vom Codierer
tritt eine Indizierung auf, wenn alle drei Codierersignale
einen hohen Pegel haben, wie es beim Zählinterval Null
gezeigt ist. Diese Art der Indizierung wird Signalpegelindi
zierung genannt. Bei dieser Art von Codierer braucht die
Indizierschaltung lediglich den Pegel von jedem der drei
Codierersignale zu erfassen und den Positionszähler 36 auf
Null zurückzusetzen, wenn alle drei Signale einen hohen Pegel
aufweisen.
Bei dieser Betriebsart hat die Bedienungsperson das
Pegelindizierfreigabebit in dem Codiererkonfigurations
register 54 gesetzt und das Flankenindizierfreigabebit
zurückgesetzt. Das niedrige Flankenindizierfreigabebit, das
dem in Fig. 3B dargestellten Anschluß 123 zugeführt wird,
macht die Flipflops 125 und 136 unwirksam, wobei ein konti
nuierliches Voreinstell-Signal (preset) niedrigen Pegels am
Anschluß 124 erzeugt wird. Wird ein niedriges Flankenindi
zierungsfreigabebit an den Anschluß 123 und ein Bit hohen
Pegels an den Pegelindizierungsfreigabeanschluß 122
gelegt, sind zwei der vier Eingänge des NAND-Glieds 130 auf
hohem Pegel. Wenn in diesem Zustand die Signale ZA und ZN
beide einen hohen Pegel haben und eine Koinzidenz eines
hohen Pegels jedes der drei Codiersignale A, B und Z anzeigen,
liefert das NAND-Glied 130 einen niedrigen logischen
Pegel. Aufgrund des niedrigen Ausgangssignals des NAND-
Glieds 130 liefern das NAND-Glied 146 und das Umkehrglied
148 ein Positionszähler-Rücksetz-Signal (reset) niedrigen
Pegels an den Anschluß 150. Das niedrige Rücksetz-Signal
verursacht, daß der Positionszähler 36 seine Zählung
initialisiert, und der niedrige Voreinstell-Pegel legt fest,
daß der Zähler bei der Initialisierung auf Null zurückge
setzt wird, wie es in der Zeile "Zählen" (count) in Fig. 4
angegeben ist. Die Signalpegelindizierung initialisiert
immer den Positionszähler 36 auf Null, und zwar unabhängig
von der Drehrichtung des Codierers.
Von diesem Zeitpunkt an verursacht jeder nachfolgende
Taktimpuls, der dem Positionszähler 36 zugeführt wird, daß
der Zähler inkrementiert, wenn ein hoher Pegel an der Auf
wärts-Leitung des Codierersignalprozessors 30 anliegt, oder
dekrementiert, wenn die Aufwärts-Leitung einen niedrigen
Pegel zeigt. Falls für einen gegebenen Taktimpuls ein
Codierersignalübergang nicht aufgetreten ist, befindet sich
die Freigabe-Leitung (enable) auf einem hohen logischen
Pegel, wodurch der Zähler 36 zum Zählen von Taktimpulsen
unwirksam gemacht wird.
Fig. 5 zeigt die Ausgangssignalverläufe für eine
unterschiedliche Codiererart, bei der die Länge des Index
impulses Z eineinhalb Perioden des Signals A oder B
andauert. Wie es aus dem Schwingungsformdiagramm hervorgeht,
sind alle drei Eingangssignale während Intervalle T 3 und
T 7 auf einem hohen Pegel. Die Pegelindizierung würde somit
an verschiedenen Stellen in Abhängigkeit von der Drehrichtung
auftreten. Wenn diese Codiererart in Verbindung mit
der offenbarten Signalverarbeitungsschaltung verwendet
wird, benutzt daher die Schaltung zum Erzeugen der Indi
zierung Impulsflanken anstelle der Pegel der drei Signale
des Umformers. Weiterhin wird der Positionszähler 36 mit
einem unterschiedlichen Initialisierzählwert geladen, und
zwar in Abhängigkeit von der Drehrichtung bei der Indizierung.
Ist ein Codierer, der die Signalverläufe nach Fig. 5
erzeugt, mit der offenbarten Signalverarbeitungsschaltung
verbunden, enthält das Codiererkonfigurationsregister 54
ein hohes Flankenindizierungsfreigabebit, das dem Anschluß
123 zugeführt wird, und ein niedriges Pegelindizierungs
freigabebit, das dem Anschluß 122 (Fig. 3B) zugeführt wird.
Bei dieser Betriebsart erzeugt jeder Impuls des Taktsignals
einen hohen Q-Ausgang am ersten J-K-Flipflop 125, wenn sich
der Codierer in der Richtung 100 bewegt, so daß am Anschluß
112 ein Aufwärts-Signal hohen Pegels anliegt. Bewegt sich
der Codierer in der entgegengesetzten Richtung 101, erzeugt
der Taktimpuls ein Q-Signal niedrigen Pegels, wenn ein
hoher Abwärts-Pegel am Anschluß 113 vorhanden ist.
Unterstellt man, daß sich der Codierer in der Richtung
100 bewegt, dann hat das erste Flipflop 125 einen hohen
Q-Pegel und erzeugt ein hohes Voreinstell-Signal am Anschluß
124. Die Faltungsanordnung im oberen Teil von Fig. 3B
erzeugt am Anschluß 150 ein Rücksetz-Signal mit niedrigem
Pegel beim Auftreten des ersten Übergangs des B-Kanalsignals,
wie es durch das B-Übergangssignal BX angezeigt ist, nach
dem das Indexsignal Z einen Niedrig-Nach-Hoch-Übergang hat.
Dies tritt beim Signalverlauf nach Fig. 5 zu einem Zeit
intervall aus T₃ auf. Nach Empfang eines aktiven niedrige
Rücksetz-Signals vom Anschluß 150 spricht der Positionszähler
36 durch Initialisierung seiner Zählung an. Weil das
Voreinstell-Signal an der Leitung 124 hoch ist, wird der
Positionszähler 36 mit der Zahl 3 geladen, die angibt, daß
sich der Codierer jetzt in der Position 3 befindet.
Beim Impulsflankenidizierungsbetrieb spricht die
Schaltung nach Fig. 3B auf das Indizierungssignal in anderer
Weise an, wenn sich der Codierer in der entgegengesetzten
Richtung 101 bewegt. In diesem Fall ist das Abwärts-
Signal an der Leitung 113 hoch, und das erste J-K-Flipflop
124 erzeugt ein Q-Ausgangssignal mit niedrigem Pegel. Das
niedrige Q-Signal liefert an der Leitung 124 ein niedriges
Voreinstell-Signal. Die Q- und Nicht-Q-Signale vom Flipflop
125 konfigurieren die Flankenverarbeitungsschaltung nach
Fig. 3B ebenfalls in einer anderen Weise als für den Fall,
bei dem sich der Codierer in der Richtung 100 dreht. Ein
niedriges Rücksetz-Signal am Anschluß 150 wird beim ersten
Übergang des B-Signals erzeugt, nachdem das Indexsignal
einen Hoch-Nach-Niedrig-Übergang vollführt. Dies tritt im
Zeitintervall T 0 auf. Da in diesem Fall das Voreinstell-
Signal, das dem Positionszähler 36 zugeführt wird, niedrig
ist, verursacht das Rücksetz-Signal, daß der Positionszähler
seine Zählung mit Null initiiert. Die Indexverarbeitungs
schaltung nach Fig. 3B liefert daher einen Mechanismus
zum Initialisieren des Positionszählers 36 auf den
geeigneten Wert als Antwort auf den Index-Impuls, und zwar
ohne Rücksicht auf die Drehrichtung des Codierers.
Die Indexverarbeitungsschaltung nach Fig. 3B sieht
auch ein Index-Befunden-Latch 154 vor, das am Anschluß 156
ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Indizierung aufgetreten
ist. Dieses Signal wird im Statusregister 52
gespeichert, um für den Mikroprozessor 30 eine Anzeige dafür
vorzusehen, daß der Codierersignalprozessor einen Indexvor
fall erfaßt hat. Gleichermaßen liefert das weitere Latch
158 eine Anzeige, wenn eine Quadraturstörung oder ein
Quadraturfehler aufgetreten ist. Dieser Umstand wird ebenfalls
im Statusregister 52 gespeichert, und zwar zum Zwecke des
Abfühlens durch den Mikroprozessor 12, so daß eine geeignete
Antwort gegeben werden kann.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird ausgeführt, daß im
Codiererbetrieb das Abtastsignal vom Taktgeber 22 über den
Multiplexer 44 zum Freigabeeingang des Positionsregisters
44 gelangt. Beim Auftreten der Anstiegsflanke des Abtast
signals speichert das Positionsregister 40 den Inhalt des
Positionszählers 36, der zu dieser Zeit die Position des
Codierers darstellt. Nach dem Inaktivwerden des Abtast
signals liest der Mikroprozessor 12 (Fig. 1) den Inhalt des
Positionsregisters 40 aus und überführt diesen Inhalt in
geeignete formatierte Daten für das Ausgabe-Latch 28. Der
Positionszählwert kann direkt als Anzeige der Position des
Codierers verwendet werden, oder er kann mit 0,9° multi
pliziert werden (die Anzahl der Grade zwischen Codierer
signazuständen).
Zusätzlich zum Empfang von Meßsignalen vom Umformer 8
ist die Umformerschaltung 18 nach Fig. 2 auch mit der
Berührungssonde 6 verbunden. Verschiedene Arten von
Berührungssonden (auch digitale Meßsonden genannt) wurden bisher
in herkömmlicher Weise in Verbindung mit numerisch
gesteuerten Werkzeugmaschinen verwendet, um die aktuelle
Position eines Bezugspunktes auf dem Werkstück zu bestimmen
oder um verschiedene Abmessungen des Werkstücks zu messen.
Typischerweise handelt es sich bei solchen Sonden um
Präzisionsgrenzschalter, die am Kopf der Werkzeugmaschine
montiert sind und bei Kontakt mit dem Werkstück in den
geöffneten Zustand umschalten. Die numerisch gesteuerte Werk
zeugmaschine spricht auf das Öffnen des Berührungssonden
schalters dadurch an, daß sie die Position des Kopfes zu
der Zeit speichert, zu der die Sonde betätigt wurde.
Die offenbarte Umformerschaltung 18 sieht ein Gerät
zum Verarbeiten von Signalen solcher Berührungssonden vor.
Der Berührungssondenabschnitt der Umformerschaltung 18
arbeitet in der gleichen Weise unabhängig davon, ob die
Umformerschaltung 18 zum Betrieb mit einem Resolver oder zum
Betrieb mit einem Codierer konfiguriert ist. Der Ausgang
der Berührungssonde 6 ist mit dem Eingang eines Berührungs
sondensignaldetektors 50 verbunden, der beim Öffnen des
Berührungssondenschalters einen Signalimpuls erzeugt. Dieser
Signalimpuls vom Berührungssondensignaldetektor 50 hat die
Breite eines Taktimpulses. Der Ausgang des Berührungssonden
signaldetektors ist mit dem Strobe- oder Markiereingang
des Berührungssondenregisters 42 verbunden, so daß der Aus
gangsimpuls das Register veranlaßt, den Zählwert vom
Positionszähler 36 zu speichern. Dieser gespeicherte Zählwert
stellt die Position des Umformers 8 zu einem Zeitpunkt dar,
bei dem die Berührungssonde betätigt oder aktiviert wird.
Der Impulssignalausgang des Berührungssondendetektors
50 ist auch mit einem Eingang des Statusregisters 52
verbunden, so daß ein Bit in diesem Register gesetzt wird,
wenn der Berührungssondendetektor aktiv wird. Perioden
mäßig, beispielsweise einmal während jeder Periode des
Abtastsignals, wird der Inhalt des Statusregisters vom Mikro
prozessor 12 gelesen. Bezüglich des Berührungssonden
betriebs überprüft dann der Mikroprozessor 12 das Status
registerbit, das der Berührungssondenschaltung entspricht.
Falls dieses Bit gesetzt ist, adressiert der Mikroprozessor
12 das Berührungssondenregister 42 und liest den
Positionszählwert, der zu dem Zeitpunkt genommen wurde, als
die Berührungssonde 6 betätigt oder aktiviert worden ist.
Der Mikroprozessor 12 verarbeitet dann die Positionsinfor
mation in Abhängigkeit von der Betriebsart, das heißt
Resolver- oder Codiererbetrieb, in welcher das Positions
fühlersystem konfiguriert ist. Diese Verarbeitung bestimmt
die tatsächliche oder aktuelle Position des Umformers und
damit tatsächliche oder aktuelle Position des Umformers und
damit der Berührungssonde 6 zum Zeitpunkt der Berührung mit
dem Werkstück.
Claims (15)
1. System zur Verarbeitung von Signalen von einem Winkel
positionsumformer, enthaltend:
- drei elektrische Eingangsanschlüsse (A, B, Z) zum Anlegen der Ausgangssignale des Umformers (8) an das System,
- eine Quelle (22) zum Bereitstellen eines impulsförmigen Taktsignals und eines Abtastsignals,
- eine mit einem der Eingangsanschlüsse verbundene Erfassungseinrichtung (46) zum Erfassen von Nulldurchgängen des an diesem Eigangsanschluß liegenden Signals.
- einen mit den Eingangsanschlüssen verbundenen Signal prozessor (30) zum Erfassen der Phasenbeziehung zwischen den Signalen, die an zwei der Eingangsanschlüsse anliegen, zum Erzeugen eines Signals, das die Umformerdrehrichtung anzeigt, und eines Zählerfreigabesignals sowie zum Erzeugen eines Zählerrücksetzsignals in Abhängigkeit von den Signalen, die an den drei Eingangsanschlüssen anliegen,
- eine Zähleinrichtung (36) zum Zählen der Impulse des Taktsignals in Abhängigkeit von einem Signal, das an einem Freigabeanschluß anliegt, wobei die Zähleinrichtung von dem Signal abhängt, das die Umformerdrehrichtung anzeigt, mit einer Initialisierungseinrichtung zum Initialisieren des Zählens von einem gegebenen Wert an in Abhängigkeit von einem Signal, das an einem Rücksetzanschluß anliegt,
- ein erstes Positionsregister (40) zum Speichern des Ausgangs der Zähleinrichtung in Abhängigkeit von einem Signal, das an einem Freigabeanschluß des Positionsre gisters anliegt, und
- eine Betriebsartauswahleinrichtung (34, 44), die einen ersten Zustand einnehmen kann, in welchem das Zählerrücksetz signal des Signalprozessors dem Rücksetzanschluß der Zähl einrichtung und das Abtastsignal dem Freigabeanschluß des Positionsregisters zugeführt wird, und die einen zweiten Zustand einnehmen kann, in welchem der Ausgang der Null durchgangserfassungseinrichtung den Freigabeanschluß des Positionsregisters und das Abtastsignal dem Rücksetzan schluß der Zähleinrichtung zugeführt wird.
2. System nach Anspruch 1,
bei dem der Signalprozessor (30) enthält:
- eine erste und eine zweite Abtasteinrichtung (64 A, 66 A, 64 B, 66 B), von denen jede mit jeweils einem der beiden Eingangsanschlüsse verbunden ist, zum Abtasten der Signale an diesen Eingangsanschlüssen und
- eine Vergleichseinrichtung (80, 84) zum Vergleichen von zwei aufeinanderfolgenden Signalabtastungen, die mittels der ersten Abtasteinrichtung gewonnen worden sind, mit zwei aufeinanderfolgenden Signalabtastungen, die mittels der zweiten Abtasteinrichtung gewonnen worden sind, zum Erzeugen eines Signals, das die Umformerdrehrichtung anzeigt, und zum Erzeugen des Zählerfreigabesignals.
3. System nach Anspruch 2,
bei dem der Signalprozessor (30) ferner enthält:
- eine dritte Abtasteinrichtung (64 Z, 66 Z) zum Abtasten des Signals, das am dritten Eingangsanschluß anliegt, auf grund des Taktsignals,
- wobei die Vergleichseinrichtung (80, 84) auch ein Signal erzeugt, das anzeigt, wenn die an den ersten beiden Eingangsanschlüssen anliegenden Signale beide einen ersten Signalpegel aufweisen, und
- eine mit der Vergleichseinrichtung und der dritten Abtasteinrichtung verbundene Einrichtung (Fig. 3B) zum Erzeugen des Zählerrücksetzsignals, wenn die Signale an allen drei Eingangsanschlüssen den ersten Signalpegel aufweisen.
4. System nach Anspruch 2,
bei dem der Signalprozessor (30) ferner enthält:
- eine dritte Abtasteinrichtung (64 Z, 66 Z) zum Abtasten des am dritten Eingangsanschluß anliegenden Signals auf grund des Taktsignals zum Erfassen eines Indeximpulses,
- wobei die Vergleichseinrichtung (80, 84) auch ein Signal erzeugt, das anzeigt, wenn das Signal, das an einem der ersten beiden Eingangsanschlüsse anliegt, einen Über gang zwischen einem ersten und einem zweiten Signalpegel aufweist, und
- eine Einrichtung (Fig. 3B) zum Erzeugen des Zähler rücksetzsignals, wenn sich der Umformer beim Auftreten des ersten Übergangs des Signals an diesem einen Eingangsan schluß während des Indeximpulses in der einen Richtung dreht, oder wenn sich der Umformer beim Auftreten des ersten Übergangs des Signals an diesem einen Anschluß nach dem Ende des Indeximpulses in der anderen Richtung dreht.
5. System nach Anspruch 4,
bei dem die Einrichtung zum Zurücksetzen der Zähleinrichtung
enthält:
- eine Einrichtung (Fig. 3B) zum Setzen des Zählerstands auf einen ersten Wert beim Auftreten des Rücksetzsignals, wenn sich der Umformer in einer ersten Richtung dreht, und zum Setzen des Zählerstands auf einen zweiten Wert beim Auftreten des Rücksetzsignals, wenn sich der Umformer in der zweiten Richtung dreht.
6. System nach Anspruch 1,
bei dem der Signalprozessor (30) eine Störungsdetektions
schaltung enthält, die dazu dient, ungültige Zustände der
Signale an den beiden Eingangsanschlüssen zu erfassen.
7. System nach Anspruch 1,
bei dem die Betriebsartauswahleinrichtung ferner eine mit
dem Signalprozessor (30) verbundene Einrichtung enthält,
welche das Umformerdrehrichtungssignal dazu zwingt, eine
Richtung anzuzeigen.
8. System nach Anspruch 1,
ferner enthaltend ein zweites Positionsregister (42) zum
Speichern des Ausgangs der Zähleinrichtung aufgrund eines
an einem vierten Eingangsanschluß anliegenden Signals.
9. System zum Bestimmen der Winkelposition aus dem
Ausgangssignal eines Umformers, enthaltend:
- einen Signalgenerator (22), der ein alternierendes Taktsignal und ein Abtastsignal erzeugt,
- eine Zähleinrichtung (36) zum Zählen der Perioden des Taktsignals, wobei die Zähleinrichtung einen Zählrücksetz anschluß aufweist,
- eine Einrichtung (34) zum Zuführen des Abtastsignals an den Zählrücksetzanschluß der Zähleinrichtung,
- ein Register (40) zum Speichern des Zählerstands der Zähleinrichtung in Abhängigkeit von einem Signal, das an einem Freigabeanschluß anliegt, und
- eine Erfassungseinrichtung (46) zum Erfassen von Null durchgängen im Ausgangssignal des Resolvers und zum davon abhängigen Erzeugen eines Ausgangssignals, das dem Freigabe anschluß des ersten Registers zugeführt wird.
10. System nach Anspruch 9,
ferner enthaltend:
- eine Recheneinrichtung (12) zum Berechnen der Winkel position aus dem im Register gespeicherten Zählerstand.
11. System nach Anspruch 10,
ferner enthaltend eine Einrichtung (12) zum Extrapolieren
der berechneten Winkelposition aus dem gespeicherten
Zählerstand zur Bestimmung der Winkelposition zu einem
späteren Zeitpunkt.
12. System zum Bestimmen einer Winkelposition aus zwei in
Quadraturbeziehung (90° Phasenverschiebung) zueinander
stehenden Ausgangssignalen eines Umformers, der auch ein
Indexsignal erzeugt, enthaltend:
- einen Signalprozessor (30) zum Erfassen der Phasenbe ziehung der Umformerausgangssignale zwecks Erzeugung eines Richtungssignals und zum Erzeugen eines Rücksetzsignals aufgrund der beiden Ausgangssignale und des Indexsignals,
- eine Quelle (22) zum Bereitstellen eines alternierenden Taktsignals, und
- einen bidirektionalen Zähler (36) zum Zählen der Perioden des Taktsignals in Abhängigkeit vom Richtungssignal des Prozessors, wobei der Zähler eine Einrichtung zum Zurücksetzen des Zählerstands in Abhängigkeit des Rücksetz signals von dem Prozessor enthält.
13. System nach Anspruch 12,
ferner enthaltend ein Register (40) zum Speichern des
Zählerstands des Zählers.
14. System nach Anspruch 12,
bei dem die Rücksetzeinrichtung des Zählers eine Einrichtung
zum Voreinstellen des Zählerstands auf einen von zwei
Werten in Abhängigkeit von dem Richtungssignal des Signal
prozessors (30) enthält.
15. System zur Verarbeitung von Signalen von einem Winkel
positionsumformer, bei dem es sich entweder um einen
Resolver oder um einen Codierer handeln kann, enthaltend:
- drei Eingangsanschlüsse (A, B, Z) zum Anschließen der Ausgangssignale des Umformers (8) an das System,
- einen Signalgenerator (22) zum Erzeugen eines alter nierenden Taktsignals und eines Abtastsignals,
- eine bidirektionale Zähleinrichtung (36) zum Zählen der Perioden des Taktsignals, wobei die Zähleinrichtung einen Zählfreigabeanschluß, einen Zählrichtungsanschluß und einen Zählrücksetzanschluß aufweist,
- eine mit den drei Eingangsanschlüssen verbundene Codierersignalverarbeitungseinrichtung (30) zum Erfassen der Phasenbeziehung zwischen den Signalen, die an zwei der Ein gangsanschlüsse anliegen, zum Erzeugen eines Zählrichtungs signals und eines Zählfreigabesignals sowie zum Erzeugen eines Zählrücksetzsignals aufgrund der Signale, die an allen drei Eingangsanschlüssen anliegen,
- eine Erfassungseinrichtung (46) zum Erfassen von Null durchgängen des an einem der Eingangsanschlüsse anliegenden Signals,
- ein erstes Register (40) zum Speichern des Zähler stands der Zähleinrichtung in Abhängigkeit von einem Signal an einem Freigabeanschluß,
- eine Steuereinrichtung (34, 44, Fig. 3A, Fig. 3B), die eine erste Betriebsart aufweisen kann, in welcher das Zähl freigabesignal, das Zählrichtungssignal und das Zählrück setzsignal des Prozessors den entsprechenden Anschlüssen der Zähleinrichtung zugeführt werden, und der Ausgang der Null durchgangserfassungseinrichtung an den Freigabeanschluß des ersten Registers gelegt wird, und die eine zweite Betriebs art aufweisen kann, in welcher die Zähleinrichtung konti nuierlich zum Zählen in einer Richtung freigegeben ist, wobei das Abtastsignal dem Rücksetzanschluß der Zählein richtung zugeführt wird, und in welcher der Ausgang der Nulldurchgangserfassungseinrichtung dem Freigabeanschluß des ersten Registers zugeführt wird.
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