DE1095013B - Digital-Analog-Wandler - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Digital-Analog-Wandler, und zwar insbesondere auf eine Vorrichtung zum Umwandeln einer Kommandoinformation, die permanent in Ziffernform gespeichert ist, zu einer Kommandoinformation in Form einer Phasenverschiebung einer Kommandowellenform in bezug auf eine Bezugswellenform.

Obwohl die Erfindung einen weiten Verwendungsbereich bei Servomechanismen und Elektronenrechnern besitzt, eignet sie sich besonders für die Verwendung in einer Ziffernregelanlage zum Steuern von Werkzeugmaschinen und wird besonders in dieser Hinsicht beschrieben.

Eine zum Steuern einer Werkzeugmaschine geeignete Anlage besteht im wesentlichen aus einem Ziffern-Elektronenrechner, der die Maschineninstruktionen, die diesem aus einer Speicherquelle, beispielsweise Papier- oder Magnetband oder Lochkarten zugeführt werden, in eine Reihe von Maschinenkommandos übersetzt. Diese Maschinenkommandos können die Form einer Folge von in bestimmten Zeitabständen auftretenden Spannungsimpulsen haben.

Die tatsächliche Steuerung der Leitspindeln der Werkzeugmaschine, die ihrerseits die Werkzeugstellung steuern, wird von Servomechanismen nach den üblichen Prinzipien durchgeführt. Diese Servomechanismen sind oftmals so entworfen, daß sie Kommandos in analoger Form anstatt in Ziffernform aufnehmen. Es muß daher eine Vorrichtung zum Umwandeln der am Ausgang des elektronischen Ziffernrechners in Impulsform auftretenden Information zu einem analogen Kommando für den steuernden Servomechanismus vorhanden sein. Solche Vorrichtungen werden auch Entschlüsseier oder Decoder genannt.

Das den Servomechanismus betätigende Signal muß eine Funktion der Abweichung der gewünschten Stellung des Servomechanismus von seiner gegenwärtigen tatsächlichen Stellung sein. Die Information für die »Sollstellung« kann dem Band in Ziffernform entnommen werden. Eine Möglichkeit zum Erzeugen eines Kommandosignals unter Verwendung der üblichen Verfahren besteht in der Umwandlung der der »tatsächlichen Stellung« entsprechenden Information in die Ziffernform, dem Vergleichen dieser mit der Ziffernform des der Sollstellung entsprechenden Wertes unter Benutzung eines Summierwerkes und der Verwendung der Differenz beider Werte zum Erzeugen eines der Abweichung entsprechenden analogen Spannungssignals zum Antreiben des Servormechanismus. Ein solcher Mechanismus ist jedoch kompliziert und teuer.

Ein anderes Verfahren besteht darin, daß die Maschine manuell von einem Arbeiter bedient wird. An den beweglichen Achsen der Maschine werden Syn-Digital -Analog -Wandler

Anmelder:

Giddings & Lewis Machine Tool Company, Fond du Lac, Wis. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,
ίο und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,

München 27, Pienzenauer Str. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Juni 1955

James O. McDonough, Cambridge, Mass.,
und John Steranka jun., Santa Monica, Calif.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

chronmotore angebracht. Wenn nun die verschiedenen Achsen von dem Arbeiter bei der Herstellung eines Teiles gesteuert werden, so verändert sich die Phase der Spannungen des Synchronmotor-Rotors in bezug auf die Synchronmotor-Erregungsspannung. Dies stellt eine direkte Erzeugung von analogen Signalveränderungen dar. Die Erregungsspannung und die Rotorspannungen werden auf einem Magnetband aufgezeichnet. Das auf diese Weise vorbereitete Band kann zurückgespielt werden, wobei die Erregungsund die Synchronmotor-Rotorspannungen davon abgelesen werden können. Die Phasendifferenzen zwischen der Erregungsspannung und den Synchronmotor-Rotorspannungen können dann dazu benutzt werden, die Werkzeugmaschine zu veranlassen, die Bewegungen in der ordnungsgemäßen Reihenfolge zu reproduzieren, in der sie unter der Steuerung durch den Arbeiter vor sich gingen. Die Werkzeugmaschine reproduziert dann ein Duplikat des Teiles, das der Arbeiter hergestellt hat.

Wegen der Möglichkeit, eine hohe Arbeitsgeschwin-

4-5 digkeit und eine vielseitige Verwendbarkeit zu erreichen, ist das ziffernmäßige Rechnen immer dann erwünscht, wenn der Ausgang des Ziffernrechners in ein analoges Steuersignal umgewandelt werden kann, das die »Sollstellung« darstellt, bevor das genannte Signal dem Servoantrieb zugeleitet wird. Die analoge Veränderung erhält vorzugsweise die Form einer Kommandospannungswellenform, deren Phase sich in bezug auf eine Bezugsspannungswellenform verändert, und kann daher in Verbindung mit einer auf diese

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Signalform ansprechenden Servoregelanlage benutzt werden, die auf diese Art eines phasenveränderlichen Signals anspricht.

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Schaffung eines Entschlüsselers von einfacherer und zuverlässigerer Konstruktion als diejenigen, die eine Analog-Digital-Umwandlung der Ausgangsmformation, d. h. der tatsächlichen Stellung entsprechenden Information, erfordern.

Weiterhin soll ein Entschlüsseier geschaffen werden, der Information in Form von in beliebigen oder in regelmäßigen Zeitabständen auftretenden Ziffernkommandoimpulsen erhält und diese Information in eine analoge Veränderung in Form einer Phasenverschiebung umwandelt, deren Sinn der Anzahl dieser Kommandoimpulse und dem Ausmaß der Änderung deren Frequenz proportional ist.

Dieses Ziel wird von dem erfindungsgemäßen Digital-Analog-Wandler erreicht, der aus der Kombination der folgenden Elemente besteht: eine Einrichtung zum Erzeugen einer Folge von in regelmäßigen (gleich großen) Abständen auftretenden elektrischen Bezugsimpulsen, eine Bezugsteilerkette, eine Einrichtung, die in der Bezugsimpulsteilerkette eine elektrische Bezugswellenform erzeugt, die bei aufeinanderfolgenden Durchläufen einer bestimmten Anzahl von Bezugsimpulsen von einem ersten Pegel zu einem zweiten Pegel und vom zweiten Pegel zum ersten Pegel wechselt, eine Einrichtung zum Erzeugen einer elektrischen Kommandoimpulsfolge, deren Anzahl von Impulsen eine Funktion der einzelnen Zahleninformation ist, eine Kommandoteilerkette, eine Einrichtung, die in die Kommandoimpulskette die Bezugsimpulse einführt, wobei für jeden Kommandoimpuls eine vorherbestimmte Anzahl von Impulsen, vorzugsweise ein Impuls, hinzugefügt oder davon abgezogen wurde, und eine Einrichtung in der Kommandoimpulsteilerkette zum Erzeugen einer elektrischen Kommandowellenform, die bei aufeinanderfolgendem Eintritt der genannten bestimmten Anzahl von Impulsen in die Kommandoimpulsteilerkette von einem ersten Pegel zu einem zweiten Pegel und von einem zweiten Pegel zum ersten Pegel wechselt, wobei eine Phasenverschiebung zwischen der Bezugswellenform und der Kommandowellenform als Funktion der Anzahl der Kommandoimpulse erhalten wird.

Die Kommandoimpulse können direkt in einer von zwei Richtungen längs einer einzelnen Koordinate wandern, wobei eine Bewegung in der einen Richtung als positives Kommando und eine Bewegung in der anderen Richtung als negatives Kommando bezeichnet wird. Die Anzahl der Impulse in den Folgen bestimmt die Größe der Bewegung, wobei die von jedem Impuls bestimmte Größe der Bewegung von den Besonderheiten der gegebenen Anlage abhängt. Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Wandlers sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein wesentlicher Vorzug dieses Wandlers besteht darin, daß er die Notwendigkeit ausschaltet, daß ein Arbeiter ein Originalmodell herstellt. Der elektronische Ziffernrechner wird zum Erzeugen von Kommandos in Form von beliebigen oder vorherbestimmbaren Zeitabständen auftretenden Spannungsimpulsfolgen verwendet, die einem Entschlüsseier geeigneter Ausführung zum Erzeugen der Steuerwellenformen zugeführt werden.

Ein weiterer Vorzug des erfindungsgemäßen Wandlers besteht darin, daß Ausgangssignale erzeugt werden, die auf Band aufgezeichnet werden können, wobei es zulässig ist, daß der elektronische Ziffernrechner und die Werkzeugmaschine mit verschiedenen optimalen Geschwindigkeiten arbeiten. Das Band kann nämlich beim Zurückspulen mit geringerer oder größerer Geschwindigkeit laufen, und die darauf aufgezeichneten Informationen können daher bei verschiedenen Geschwindigkeiten als Kommandosignale für die gesteuerte Apparatur benutzt werden.

Nachstehend soll nunmehr an Hand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel des erfindunsgemäßen

ίο Wandlers beschrieben werden. In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein Blockschaltbild des Entschlüsselers, der eine Mehrzahl von Rechteckwellenformen erzeugt, die in der Phase in bezug auf eine Bezugswellenform gemäß einer Zifferninformation versetzt sind,

Fig. 2 ein Zeitbestimmungs- und Wellenformdiagramm zur Erläuterung der Arbeit des Entschlüsselers nach Fig. 1 und

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines weiteren Zeitbestimmungselementes (Chronisierer genannt) und eines Vorzeichen- oder Richtungswählers, welche beiden Elemente außerordentlich wichtige Merkmale der Erfindung darstellen.

Zum Erläutern der Arbeitsweise der Erfindung wird diese zuerst an Hand des Blockschaltbildes beschrieben. Beispiele von ausführlichen Schaltungen, die zum Aufbau der verschiedenen Einheiten benutzt werden können, werden, soweit dies erforderlich ist, der Vollständigkeit halber eingeschaltet.

In diesem Zusammenhang ist die Fig. 1, wie erwähnt, ein Blockschaltbild des Entschlüsselers. Dieses Schaltbild wird in Verbindung mit dem Zeitbestimmungsdiagramm der Fig. 2 zur Erläuterung der Arbeitsweise des Entschlüsselers benutzt.

Ein hochfrequenter Impulsgenerator 10, der aus einem üblichen Oszillator, einem herkömmlichen Begrenzungs- und Verstärkerkreis und einem Differenzierkreis besteht, erzeugt eine Reihe von Taktimpulsen, die direkt einer Bezugsimpulsteilerkette oder Frequenzteiler 12 zugeführt werden. Der Ausgang des Bezugsimpulsgenerators ist in dem Diagramm der Fig. 2 als »Bezugsimpulse« bezeichnet. Die Impulse werden ferner gleichzeitig zu weiteren Frequenzteilern, im Schaltbild der Fig. 1 mit 14, 16, 18, 20 und 22 bezeichnet, über die mit 24, 26, 28, 30 und 32 bezeichneten Torkreise geleitet. Für jeden Kommandokanal ist ein solcher Frequenzteiler vorgesehen. Die Frequenzteiler sind einander genau gleich und bestehen aus einer Kaskadenschaltung von Flip-Flop-Kreisen, von denen einer als Element 31 im Frequenzteiler 12, der den Bezugskanal bildet, dargestellt ist. Die Flip-Flop-Kreise haben den üblichen Aufbau und die übliche Arbeitsweise. Abweichend ist lediglich die Anordnung der Speisespannungen. In der hier beschriebenen Schaltung liegen die Anoden auf Erdpotential, während den Kathoden eine Spannung von — 200 Volt zugeführt wird. Die in den Anodenkreisen der Flip-Flops entstehenden Ausgangswellenformen wechseln zwischen einem ersten und einem zweiten Pegel, welche Pegel das Erd- und ein negatives Potential sind, und können deshalb direkt zum Steuern weiterer Torkreise benutzt werden.

Ohne im einzelnen auf die Arbeitsweise eines Flip-Flops einzugehen, genügt es, für die vorliegenden Zwecke zu sagen, daß der Flip-Flop-Kreis ein bistabiler Multivibratorkreis ist. Bei jedem eintretenden Impuls verändert der erste Flip-Flop-Kreis eines jeden Frequenzteilers einmal seinen Betriebszustand. Auf diese Weise ist der Ausgang des ersten Flip-Flops eine Rechteckwelle, deren Folgefrequenz nur noch halb so groß ist wie diejenige der Eingangs-

υιό

impulse. Wird der Ausgang einer Polarität nur des ersten Flip-Flop-Kreises in der Folge einem zweiten Flip-Flop-Kreis zugeführt, so entsteht am Ausgang dieses Kreises eine Rechteckwelle, so daß die Folgefrequenz der letztgenannten nur noch ein Viertel der ursprünglichen Eingangsimpulse beträgt.

Soll, wie im vorliegenden Falle, in einer Frequenzteilerschaltung ein Flip-Flop-Kreis verwendet werden, so muß die Ausgangswellenform differentiiert die in die Kanäle in noch zu beschreibender Weise eingeführt werden.

Die Einwirkung der Kommandoimpulse auf einen Kommandokanal wird am besten dadurch erläutert, daß zuerst die Wirkung positiver Impulse behandelt wird. In diesem Zusammenhang wird nur die Arbeit des Kanals 1 beschrieben; doch arbeiten alle anderen Kanäle 2 bis 5 in der gleichen Weise. Aus dem Schaltbild der Fig. 1 ist zu ersehen, daß die positiven

werden, um eine Reihe von Impulsen zu erhalten, die io Kommandoimpulse aus einer geeigneten Quelle über

nacheinander positiv und negativ werden. Die Impulse mit unerwünschter Polarität werden danach mittels einer Dioden-Sperrschaltung 33 der üblichen Ausführung entfernt, und dem nächsten Flip-Flop wird eine Impulsfolge zugeführt, die halb so viele Impulse enthält wie die ursprüngliche Folge. Bei der vorliegenden Verwendung der Flip-Flops als Frequenzteiler ist es deshalb notwendig, zwischen aufeinanderfolgende Stufen, wie in der Detailzeichnung dargestellt, als Teil des Bezugsimpulsfrequenzteilers einen Differenzierkreis 35 und eine Sperrschaltung 33 einzuschalten. Sind negative Impulse nicht bereits entfernt worden, so können die Dioden 33 auch vor dem ersten Flip-Flop angeordnet werden.

Werden wie bei diesen Frequenzteilern acht Stufen in Kaskade geschaltet, so entstehen am Ausgang der letzten Stufe Impulse, deren Folgefrequenz (V2)⁸, d. h. Vise der Folgefrequenz der Eingangsimpulse ist. Auf diese Weise entstehen bei Abwesenheit von Kommandoimpulsen in jedem Frequenzteiler 12, 14, 16, 18, 20 und 22., der Bezugsimpulse aus dem Generator 10 als endgültige Ausgangsleistung erhält, Rechteckwellen, deren Frequenz das (Vi) "-fache der Eingangsfrequenz ist, wobei η die Anzahl der Flip-Flops ist, die in den Frequenzteilern verwendet werden. Das heißt, das Rechteckwellen-Ausgangssignal aus dem letzten Flip-Flop in jedem Frequenzteiler wechselt jedesmal, wenn dem Teiler eine vorherbestimmte Anzahl von Eingangsimpulsen zugeführt werden, von dem einen zu dem anderen Pegel von zwei möglichen Pegeln. 40 einen Frequenzteiler innerhalb einer gegebenen Halb

eine direkt zum Eingang des Frequenzteilers 14 führende Leitung 34 zugeführt werden. Dieser Frequenzteiler empfängt daher die Bezugsimpulse von der Leitung 70 aus über den Torkreis 24 sowie die Kommandoimpulse über die Leitung 34. Eine noch zu beschreibende Hilfsschaltung sichert, daß ein Kommandoimpuls nicht in demselben Zeitpunkt auftrifft wie ein Bezugsimpuls.

Während der Zeitperiode, in der 256 Bezugsimpulse zu den Bezugsimpulsfrequenzteilern geleitet werden, wird angenommen, daß zehn positive Kommandoimpulse in den Kanal 1 des Entschlüsselers über die Leitung 34 eingeführt werden. Jeder Kommandoimpuls wir zeitlich so gelegt, daß er zwischen zwei Bezugsimpulsen auftritt. Daher tritt der 256. Impuls im Kanal 1 zehn Bezugsimpulse vor dem Zeitpunkt auf, in dem der 256. Impuls in den Bepugsimpulsfrequenzteiler eingeführt wird. Dieser Vorgang bewirkt, daß der Ausgang des Kanals 1 den Betriebszustand zehn Impulse früher verändert als der Ausgang des Bezugskanals. Werden in den Kanal 1 keine weiteren Kommandoimpulse eingeführt, so verändert dessen Ausgang nach wie vor den Zustand gerade zehn Impulse früher als der Bezugsausgang. Die Differenz zwischen den beiden Ausgängen stellt eine Phasenverschiebung dar, die zehn positiven Kommandoimpulsen entspricht. Diese Phasenverschiebung ist ein Maßstab für das dem Kanal 1 zugeführte Kommando. Die Höchstzahl von Kommandoimpulsen, die

Enthält jeder Frequenzteiler acht in Kaskade geschaltete Flip-Flops, so wechselt das Ausgangssignal, beispielsweise die Spannungswellenform, aus dem letzten Flip-Flop nach Empfang von 128 Eingangsimpulsen periode des Bezugsausgangs eingeführt werden kann, wird bestimmt von den relativen Folgefrequenzen der Taktimpulse und der Kommandoimpulse. Die Folgefrequenz der Kommandoimpulse kann geigneterweise

beispielsweise von einem niedrigen zu einem hohen 45 ein Zehntel derjenigen des Taktimpulsgenerators 10

Pegel und von diesem hohen Pegel zurück zum niedrigen Pegel nach Empfang von weiteren 128 (oder insgesamt 256) Eingangsimpulsen. Die Frequenz des Rechteckwellen-Ausgangssignals beträgt daher Vase der Frequenz der Eingangsimpulse. Die Frequenz des hochfrequenten Impulsgenerators kann bei dieser Ausführungsform in der Größenordnung von 200Kilohertz liegen.
•Alle anderen Frequenzteiler 14, 16, 18, 20 und 22 sein. Daher würde bei einer 256-Impuls-Periode für den Bezugsimpulsfrequenzteiler die Höchstzahl der Kommandoimpulse ungefähr 25 betragen. Für Kommandos, die nicht mehr als 25 Impulse innerhalb einer Bezugshalbperiode erfordern, ergibt sich die volle Phasenverschiebung am Ende dieses Zyklus an dem Ausgang. Erfordert jedoch das Kommando mehr als 25 Impulse, so wäre mehr als eine Halbperiode des Bezugsausganges erforderlich, um die benötigte

gleichen dem Frequenzteiler 12, und deren Ausgangs- 55 Phasenverschiebung zu erzielen, wobei die Phasenwellenformen sind alle in Phase, wenn zu den von der verschiebung an dem Ausgang dann stufenweise auf-

keine

Bezugsquelle gelieferten Bezugsimpulsen keine Impulse hinzuaddiert oder subtrahiert werden.

In dem Diagramm der Fig. 2 wird vorausgesetzt, daß im Frequenzteiler insgesamt acht Stufen vorgesehen sind. Dies bedeutet, daß nach 2⁸ oder 256 Bezugsimpulsen der Ausgang des Schluß-Flip-Flops im Bezugsimpulsfrequenzteiler in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt. Die Ziffer in der Fig. 2 oberhalb der Impulse, die die Bezugsquelle liefert, zeigt die Gesamtzahl von Impulsen an von der letzten Zustandsänderung aus bis zu diesem Punkt.

Die Frequenzteiler für die Kommandokanäle sprechen nicht nur auf die Impulse aus dem Generator treten würde, d. h., es würde eine Phasenverschiebung des Kommandokanalausganges in bezug auf den Bezugskanal bestehen, die sich mit jeder Halbperiode des Bezugsausganges vergrößert, bis eine ausreichende Phasenverschiebung zur Darstellung der Gesamtzahl der Kommandoimpulse erhalten worden ist.

Die Arbeit des Entschlüsselers in bezug auf die Impulse, die negative Kommandos bedeuten (d. h. negative Kommandoimpulse), ist etwas anders. Anstatt einen Impuls zu den Impulsen hinzuzuaddieren, die bereits in den Frequenzteiler 14 aus dem Taktimpulsgenerator 10 einlaufen, muß einer der Impulse aus der Taktimpulsfolge ausgelöscht werden. Dabei wird die

10 an, sondern auch auf gewisse Kommandoimpulse, 7° Anzahl der dem Kommandoimpulsfrequenzteiler zu-

geführten Impulse vermindert anstatt vermehrt, wobei die Phasenverschiebung des Ausgangssignals proportional der Zahl der Impulse ist, jedoch in der negativen Richtung erfolgt. Um dieses Ergebnis zu erhalten, werden zuerst die negativen Kommandoimpulse auf der Eingangsleitung 36 zu einem Impulslöschkreis 38 geleitet. Dieser Impulslöschkreis ist ausführlich in der Fig. 3 dargestellt.

Das Ergebnis ist eine Phasenverschiebung der Kommandoausgangswellenform in bezug auf einen Bezugsausgang, deren Größe und Richtung von der Zahl der ankommenden Impulse und der Eingangsleitung, auf der sie dem Entschlüsseier zugeführt werden, abhängt. Die Phasenverschiebung der Kommandoausgangswellenform in bezug auf die Bezugsausgangswellenform kann direkt abgelesen und zum Steuern der Servovorrichtungen für den Antrieb der Achsen der gesteuerten Einrichtung benutzt werden. Obgleich das Blockschaltbild der Fig. 1 fünf Kommandokanäle zeigt, ist leicht einzusehen, daß das Verfahren die Verwendung jeder gewünschten Anzahl von Kanälen zuläßt.

Die Fig. 3 beschreibt in Blockschaltbildform die Art und Weise, in der Kommandoimpulse der Taktimpulsfolge hinzuaddiert oder von dieser abgezogen werden. Wie in dieser Figur als Beispiel dargestellt, führt ein Kommandoimpulsgenerator 60 einer Teilerkette 62 fortlaufend Kommandoimpulse zu. Der Teilerkette wird ferner Information aus einer Datenquelle 64 zugeführt. Diese Information stellt die Röhren der Torkreise in der Teilerkette so ein, daß eine bestimmte Zahl von Kommandoimpulsen als Kanal-1-Kommandos auf der Leitung 124 und eine bestimmte Zahl auf jedem der anderen Kanäle erscheint. Auf diese Weise erzeugt die Teilerkette eine Folge von Impulsen auf einer gesonderten Leitung für jeden gewünschten Kommandokanal, wobei die Zahl dieser Impulse den Grad der Phasenverschiebung, jedoch nicht deren Richtung angibt. Die Kommandoimpulse können natürlich, wie Sachkundigen bekannt, aus den verschiedenartigsten Einrichtungen stammen.

Diese Kommandoimpulsfolge wird für den Kanal 1 zum Flip-Flop 76 geleitet. Dieser bistabile Kreis bildet zusammen mit dem Torkreis 74 und einem Univibrator 78 ein als Zeitbestimmungsglied bezeichnetes Kreiselement, dessen Zweck in der Erzeugung eines Impulses von gleichmäßiger Größe besteht, der zeitlich zwischen den Impulsen des Taktimpulsgenerators eingeordnet ist. In der Fig. 3 sind der Aufbau und die Arbeitsweise eines einzigen Kanals dargestellt. Der Aufbau und die Arbeitsweise der anderen Kanäle sind die gleichen.

Die Taktimpulse auf der Leitung 70 werden beständig über eine Zweigleitung 72 zum Torkreis 74 geleitet, der normalerweise geschlossen ist. Ein zu dem Zeitbestimmungsglied aus der Verteilerkette geleiteter Kommandoimpuls verändert den Betriebszustand des bistabilen Kreises 76 und öffnet dabei den normalerweise geschlossenen Torkreis 74, wobei der Durchgang eines Impulses der Taktimpulsfolge zugelassen wird. Dieser Impuls betätigt den Univibrator 78. Wie im Falle des bistabilen Multivibrators liegt auch bei dem hier verwendeten Univibrator die Anode auf Erdpotential, während den Kathoden seiner Röhren eine Spannung von -20OVoIt zugeführt wird. Der Ausgang des Multivibrators geht zu den Kommandokanal-Eingängen über die Leitung 80 und gleichzeitig über die Leitung 79 zurück, um das Flip-Flop 76 zurückzuschalten, wobei der Torkreis 74 geschlossen wird, bis der nächste Kommandoimpuls ankommt. Der Multivibrator soll eine Frequenz haben, die ungefähr das Zweifache der des Oszillators 10 ist, damit die Kommandoimpulse einwandfrei zwischen den Taktimpulsen eingeordnet werden können.
Das Zeitbestimmungsglied (zuweilen »Chronisierer« genannt, da es für jeden Kommandoimpuls einen Ausgangsimpuls erzeugt, der nicht mit einem Taktimpuls aus dem Generator 10 synchronisiert ist) besitzt die besonders erwünschte Eigenschaft, daß es einen klaren

ίο Kommandoimpuls von Standardgröße erzeugt, der für jeden Kommandoimpuls auf der Leitung 124 richtig zeitbestimmt ist. Erfolgt die öffnung des Torkreises 74 zu einem solchen Zeitpunkt, daß nur noch ein schwacher Taktimpuls den Torkreis durchläuft, so wird der Multivibrator entweder durch Erzeugen eines normalen Ausgangsimpulses oder überhaupt nicht ansprechen. Im letztgenannten Fall bleibt, wenn der Taktimpuls zu schwach ist, das Stromtor für den Durchgang des nächsten Taktimpulses, durch den der

so Multivibrator betätigt wird, offen. Hierbei tritt auf den Leitungen 79 und 80 ein Ausgangsimpuls auf.

Die Kommandoimpulse werden über die Leitung 80 einem die Richtung bestimmenden Mittel oder Verteilerschaltkreis zugeführt. Dieser nimmt Information aus einer Datenquelle 64 auf und schaltet, je nachdem, ob das gewünschte Kommando positiv oder negativ ist, den ankommenden Kommandoimpuls zu dem einen oder dem anderen Kommandokanal 34 bzw. 36. Zu diesem Zweck läuft eine Leitung 82 aus der Datenlieferungsanlage 64 zu einem Relais 84 mit einem beweglichen Arm 86, der so angeordnet ist, daß er eine Verbindung zu den ortsfesten Kontakten 88 und 90 herstellt, die zu den beiden richtungswählenden Torkreisen 92 oder 94 führen. Eine positive Spannung auf der Leitung 82 erregt das Relais 84 und öffnet den Torkreis 92, während die Abwesenheit einer Spannung bei 82 zu einem öffnen des Torkreises 94 führt. Bei diesem Vorgang wird eine negative Spannungsquelle 96 entweder mit dem Torkreis 92 oder 94 verbunden, wobei der Durchgang von Impulsen auf der Leitung 80 und den Leitungen 36 bzw. 34 zugelassen wird. Der bewegbare Arm 86 des Relais 84 muß natürlich mit einer negativen Spannungsquelle 96 verbunden werden, deren Spannung zum Steuern der Torkreise 92 und 94 ausreicht.

Die positiven Kommandoimpulse werden auf diese Weise über die Leitung 80 und den Torkreis 92 zum Eingang des zugehörigen Entschlüsseier-Frequenzteilers 14 geleitet, während die negativen Kommandoimpulse über den Torkreis 94 dem Impulslöschkreis 38 zugeführt und danach zum Betätigen des Torkreises 24 verwendet werden, um einen der Bezugsimpulse auszulöschen, wobei alle Vorgänge unter der Kontrolle der Information aus der Datenlieferungsanlage stehen.

Da jeder dem Eingang des Kanalfrequenzteilers 14 hinzugefügte positive Kommandoimpuls die Phase der Ausgangswellenform um einen vorherbestimmten Wert in der einen Richtung in bezug auf die Ausgangswellenform des Bezugsimpulsfrequenzteilers verschiebt, und da die Löschung eines der Impulse aus dem Generator 10 (auf Grund eines negativen Kommandoimpulses) die Phase der Eingangswellenform des Kanalfrequenzteilers um den gleichen vorherbestimmten Wert jedoch in der entgegengesetzten Richtung verschiebt, so ist die Phasenlage der Kanalausgangswellenform in bezug auf die Bezugsausgangswellenform proportional der algebraischen Summe der bis zu diesem Zeitpunkt empfangenen Kommandoimpulse. Der Kanalfrequenzteiler 14 mit seiner Addition- und Löschschaltung spricht daher auf die alge-

braische Summe der empfangenen Kommandoimpulse an und erzeugt eine dieser proportionale analoge Phasenveränderung.

Der Impulslöschkreis 38 arbeitet wie folgt: Er besteht aus einem Flip-Flop 37 und einem Zeitverzögerungselement 39. Das Flip-Flop steuert den normalerweise offenen Torkreis 24 und wird durch einen Impuls auf der Leitung 36 betätigt, wobei dessen stabiler Betriebszustand umgekehrt und der Torkreis 24 geschlossen wird. Der nächste Taktimpuls auf der Leitung 70 wird deshalb an dem Durchgang in den Frequenzteiler 14 gehindert, läuft jedoch zum Kurzzeitverzögerungskreis 39., schaltet das Flip-Flop 37 zurück und öffnet wieder den Torkreis 24, um den nächsten Taktimpuls hindurchzulassen. Der Kurzzeitverzögerungskreis 39 wird zwischengeschaltet, um einen Fehler zu vermeiden, wenn der Torkreis sich bei Ankunft eines Impulses aus dem Generator 10 gerade schließt. Wäre es möglich, daß der gesperrte Impuls den Torkreis durch sofortiges Umschalten des Flip-Flop 37 öffnet, so könnte der Endteil eines solchen angenommenermaßen gesperrten Bezugsimpulses über den Torkreis gelangen. Die einige Mikrosekunden dauernde Verzögerung verhindert diesen Vorgang, wobei das Ergebnis das Sperren eines Überganges, und zwar jeweils nur eines Impulses aus dem Taktimpulsgenerator 10 zu dem Kanal durch jeden Kommandoimpuls auf der Leitung 36 ist.

Da bei dieser »löschenden« Arbeitsweise der Kommandoteilerkanal 14 eine kleinere Anzahl von Eingangsimpulsen empfängt als der Bezugskanal 12, so wird die Phase der Kommandoausgangswellenform verzögert, d. h.. sie eilt um einen vorherbestimmten Wert (in bezug auf die Bezugsausgangswelle) für jeden empfangenen Kommandoimpuls nach. Je nach dem »Vorzeichen« der Information, d. h. positiv oder negativ, je nachdem, ob das Relais 84 (Fig. 3) stromlos ist oder Strom erhält, verschiebt sich die Phase der Kommandoausgangswellenform in einem entsprechenden Sinne (sie eilt vor oder nach) in bezug auf die Bezugsausgangswellenform, und zwar um Werte, die der Anzahl der empfangenen Kommandoimpulse proportional sind. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß das Ausmaß der relativen Phasenverschiebung zwischen den beiden Ausgangswellenformen proportional dem Ausmaß ist, in dem Kommandoimpulse empfangen werden. Obwohl die Kommandoimpulse in beliebigen Zeitabständen auftreten können, so wird, wenn deren augenblickliche Frequenz sich ändert, das Ausmaß der Phasenverschiebung des Ausgangs gleichfalls verändert. Werden solche Ausgangswellen einem phasenempfindlichen Servoantrieb zugeführt, so ist die Strecke der Bewegung proportional der Anzahl der ursprünglichen Kommandoimpulse, während die Geschwindigkeit der Bewegung im wesentlichen der Frequenz der ursprünglichen Kommandoimpulse proportional ist.

Die Bezugswellenform und die in bezug auf diese entsprechend den Kommandoimpulsen und der Vorzeicheninformation verschobene Kommandowellenform können beispielsweise wie folgt zum Steuern von Servoeinrichtungen benutzt werden: Die Bezugswellenform wird zum Erzeugen eines Dreiphasen-Sinussignals verwendet, das dem Ständer eines Differential-Synchronmotors zugeführt wird. Dieser Dreiphasenausgang kann unter Verwendung eines herkömmlichen Phasenteilers und eines Synchron-Differentialgenerators erzeugt werden. Die Läuferstellung des Synchronmotors ist für die Nullung und für eine Bedienung von Hand einstellbar, wobei die Läuferspannungen zur Erregung der Rückkopplungssynchroneinrichtung des Maschinen-Servoantriebs benutzt werden. Die Rückkopplungssynchroneinrichtung erzeugt einen Ausgang, der eine Funktion der Phase der von der Bezugswellenform und der von der Läuferstellung erzeugten Ständererregung ist. Die Läuferstellung ist dabei ihrerseits eine Funktion der tatsächlichen Ausgangsstellung. Der Ausgang der Rückkopplungssynchroneinrichtung wird mit der Kommandowellenform mittels eines Phasendiskriminators verglichen, wobei bei Phasenabweichung ein Abweichungssignal erzeugt wird, das zum Betreiben der Servovorrichtung in einer Richtung benutzt wird, bei der eine Verminderung des Abweichungssignals angestrebt wird. Da es Servovorrichtungen in den verschiedensten Ausführungen gibt und diese keinen Teil der Erfindung bilden, so werden diese auch nicht weiter beschrieben.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Digital-Analog-Wandler, dadurch gekennzeich net, daß er aus der Kombination der folgenden Elemente besteht: eine Einrichtung (10) zum Erzeugen einer Folge von in regelmäßigen Abständen auftretenden elektrischen Bezugsimpulsen, eine Bezugsimpulsteilerkette (12), eine Einrichtung (31, FF₂ ■ ■ ■ FF_n), die in der Bezugsimpulsteilerkette eine elektrische Bezugswellenform erzeugt, die bei aufeinanderfolgenden Durchläufen einer bestimmten Anzahl von Bezugsimpulsen von einem ersten Pegel zu einem zweiten Pegel und vom zweiten Pegel zum ersten Pegel wechselt, eine Einrichtung (62) zum Erzeugen einer elektrischen Kommandoimpulsfolge (124 in Fig. 3), deren Anzahl von Impulsen eine Funktion einer einzelnen Zahleninformation ist, eine Kommandoimpulsteilerkette (14), eine Einrichtung (24, 34) die in die Kommandoimpulsteilerkette die Bezugsimpulse einführt, zu denen für jeden Kommandoimpuls eine vorbestimmte Anzahl von Impulsen hinzugefügt oder davon subtrahiert wurde, und eine Einrichtung (FF₁.. . FF_n) in der Kommandoimpulsteilerkette zum Erzeugen einer elektrischen Kommandowellenform, die bei aufeinanderfolgendem Eintritt der genannten bestimmten Anzahl von Impulsen in die Kommandoimpulsteilerkette von einem ersten Pegel zu einem zweiten Pegel und von dem zweiten Pegel zum ersten Pegel wechselt, wobei eine Phasenverschiebung zwischen der Bezugswellenform und der Kommandowellenform als Funktion der Anzahl der Kommandoimpulse erhalten wird.

2. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Zeitbestimmungsglied (76, 74, 78), das die Kommandoimpulse aufnimmt und entsprechende Impulse (in 80) erzeugt, die nicht mit einem der Bezugsimpulse zusammenfallen.

3. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht zusammenfallenden Impulse von dem Zeitbestimmungsglied (76,74,78) aus zum Eingang der Kommandoimpulsteilerkette (14) geleitet und zu den Bezugsimpulsen, die dem genannten Eingang zugeführt werden, addiert werden.

4. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen normalerweise geöffneten Torkreis (24), durch den die Bezugsimpulse zum Eingang der Kommandoimpulsteilerkette lau-

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fen, sowie durch eine Einrichtung (38), die den Torkreis (24) auf Grund eines Kommandoimpulses für einen Bezugsimpuls sperrt.

5. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (39,37), die den ersten gesperrten Bezugsimpuls benutzt, um den Torkreis (24) wieder zu öffnen.

6. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 1, 3 und 4, gekennzeichnet durch eine Richtungswählereinrichtung (84,92,94), die bestimmt, ob zu den der Kommandoimpulsteilerkette zugeführten Bezugsimpulsen Impulse addiert oder davon subtrahiert werden sollen, indem Kommandoimpulse entweder direkt dem Eingang der Kommandoimpulsteilerkette (14) oder der den Torkreis sperrenden Einrichtung (38) zugeleitet werden.

7. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Zeitbestimmungsglied (76, 74, 78), das die Kommandoimpulse aufnimmt und für jeden Kommandoimpuls einen Impuls (in 80) erzeugt, der nicht mit einem der Bezugsimpulse zusammenfällt, durch erste und zweite Torkreise (92 und 94), die die nicht zusammenfallenden Impulse aufnehmen und diese dem Eingang der Kommandoimpulsteilerkette (14) bzw. der den Torkreis sperrenden Einrichtung (38) zuführen, sowie durch eine Einrichtung (84), die wahlweise einen der Torkreise öffnet und den anderen sperrt, so daß jeder nicht zusammenfallende Impuls entweder zu den der Kommandoimpulsteilerkette (14) zugeführten Bezugsimpulsen addiert oder veranlaßt wird, einen der der Kommandoimpulsteilerkette (14) zugeführten Bezugsimpulse zu löschen.

8. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (10, 70, 24), die beiden Teilerketten (12 und 14) elektrische Eingangsbezugsimpulsfolgen mit feststehender Phasenbeziehung und gleicher Frequenz zuführt, so daß die Teilerketten ununterbrochene elektrische Ausgangswellenformen erzeugen, und durch eine Einrichtung (38, 92, 94, 84, 86), die bei Auftreten eines jeden Impulses in der genannten Kommandoimpulsteilerkette (14) einen Impuls zu der der Kommandoimpulsteilerkette zugeführten Bezugsimpulsfolge addiert oder löscht, so daß die Phase der Ausgangswellenform der Kommandoimpulsteilerkette in bezug auf die Ausgangswelle der Bezugsteilerkette um einen vorherbestimmten Wert verschoben wird.

9. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die addierende oder löschende Einrichtung ein Zeitbestimmungsglied (74, 76, 78) aufweist, das auf die Bezugsimpulse (in 72) und auf die Kommandoimpulse anspricht und für jeden Kommandoimpuls einen Impuls (in 80) erzeugt, der nicht mit einem der Bezugsimpulse zusammenfällt, durch einen ersten Torkreis (92), durch den die nicht zusammenfallenden Impulse zum Eingang der Kommandoimpulsteilerkette (14) weitergeleitet werden, einen zweiten Torkreis (94), durch den die nicht zusammenfallenden Impulse weitergeleitet werden, eine Einrichtung (38,24), die den Durchgang eines Bezugsimpulses zur Kommandoimpulsteilerkette für jeden von dem zweiten Torkreis (94) durchgelassenen Impuls sperrt, und durch eine Einrichtung (84, 86), die den ersten Torkreis (92) öffnet und den zweiten sperrt, wenn Impulse addiert werden sollen, und die den ersten Torkreis (94) sperrt und den zweiten öffnet, wenn Impulse gelöscht werden sollen.

10. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der genannten Bezugs- und Kommandoimpulsteilerketten (12 und 14) aus einer gleichen Anzahl von bistabilen Kippkreisen (FF₁... FF„) besteht, die in Kaskade geschaltet sind.

11. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitbestimmungsglied ein normalerweise geschlossener Torkreis (74) zur Aufnahme der Bezugsimpulse, eine Einrichtung (76, 78, 79), die den normalerweise gesperrten Torkreis bei jedem Kommandoimpuls (in 124) öffnet, um den Durchgang nur eines Bezugsimpulses zu gestatten, und eine weitere Einrichtung (78) aufweist, die jeden durch den Torkreis (74) hindurchgeleiteten Bezugsimpuls so verzögert, daß er nicht mit einem Kommandoimpuls zusammenfällt.

12. Digital-Analog-Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung aus einem dritten Torkreis (24), durch den die Bezugsimpulse (37) zum Eingang der Kommandoimpulsteilerkette (14) laufen, einer Vorrichtung mit zwei Betriebszuständen, die den dritten Torkreis sperrt und öffnet, wenn er sich in seinem ersten bzw. zweiten Betriebszustand befindet, einer Einrichtung, die die Vorrichtung mit den zwei Betriebszuständen so anschaltet, daß diese von den durch den zweiten Torkreis (24) laufenden Impulsen in den zweiten Betriebszustand geschaltet wird, und ferner aus einer Einrichtung (36) besteht, die diese Vorrichtung so anschaltet, daß sie von Bezugsimpulsen in den ersten Betriebszustand zurückgeschaltet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 678/258 1?.