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Anordnung zur Lageregelung eines Teils nach einem vorgegebenen Programm
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Lageregelung eines Teils nach
einem vorgegebenen Programm, mit einem Meßwertgeber, welcher in festgelegten Zeitpunkten
codierte Signale abgibt, welche die Stellung des Teils darstellen, einer Vergleichsanordnung,
welche den vom Meßwertgeber abgegebenen Stellungs-Istwert mit vom Programm gelieferten
digitalen Stellungs-Sollwertsignalen vergleicht und ein der Differenz entsprechendes
digitales Stellungs-Fehlersignal abgibt, und mit einem Stellmotor, der in Abhängigkeit
von dem digitalen Fehlersignal gesteuert wird.
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Bekannte Anordnungen dieser Art sind rein digitale Wegregler. Nun
ist jedoch die Nachlaufregelung der Vertellung eines Teils nach vorgegebenen Werten
grundsätzlich ein kontinuierliches Problem. Die Analogrechentechnik scheint daher
zur Lösung derartiger Probleme besser geeignet zu sein. Jedoch ist ihre Genauigkeit
nicht ausreichend. Es ist daher auch schon bekannt, bei Regelanordnungen den vorhandenen
Regelkreis zu verdoppeln, wobei der eine Teil analog und der andere Teil digital
arbeitet, jedoch in beiden Teilen sowohl die Regelgröße als auch die Führungsgröße
die gleiche physikalische Bedeutung haben. Bei einem bekannten Regler ist die Regelgröße
für die beiden Regelkreise die Drehzahl, und dementsprechend erzeugt ein Drehzahlgeber
ein dem Istwert der Drehzahl proportionales analoges Signal, und ein Frequenzgeber
erzeugt ein dem Istwert der Drehzahl proportionales digitales Signal. Die digitale
Führungsgröße ist gleichfalls ein dem Sollwert der Drehzahl proportionales digitales
Signal, und wenn eine analoge Führungsgröße vorhanden wäre, müßte sie ein dem Sollwert
der Drehzahl proportionales analoges Signal sein. Die beiden Regelkreise arbeiten
also vollständig parallel, so daß der eine Regelkreis den anderen vollständig ersetzen
kann. Ihre Wirkungen addieren sich, so daß tatsächlich in diesem Fall der digitale
Teil die Korrektur des analogen Regelfehlers durchführt.
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Das Ziel der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung einer Anordnung
der eingangs angegebenen Art, bei welcher der digitale Regelkreis nicht nur eine
Korrektur des analogen Regelfehlers, sondern eine Einregelung auf vorgegebene Stellungs-Sollwertpunkte
bewirkt, unabhängig davon, ob der analoge Regelkreis mit oder ohne Abweichung arbeitet,
so daß beispielsweise auch Fehler korrigiert werden, die sich aus :einer unrichtigen
oder ungenauen Aufzeichnung oder Abtastung der .analogen Geschwindigkeits-Sollwertsign.ale
ergeben.
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Nach der Erfindung wird dies dadurch .erreicht, daß der Stellmotor
in einem Geschwindigkeitsregelkreis liegt, dem als weitere Führungsgröße ein vom
Programm geliefertes analoges Geschwindigkeits-Sollwertsi.gnal zugeführt ist, daß
an den Ausgang der Vergleichsanordnung ein Digital-Analog-Umsetzer angeschlossen
ist, an dessen Ausgang ein Kondensator derart parallel geschaltet ist, daß er sich
nicht über diesen Ausgang entladen kann, und daß der Kondensator über einen Widerstand
mit dem einen Eingang einer Additionsanordnung verbunden ist, deren anderem Eingang
das analoge Geschwindigkeits-Sollwerts:ignal zugeführt ist und deren Ausgangssignal
der Geschwindigkeitsregelschleife als Führungsgröße zugeführt ist.
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Auch bei der Anordnung nach der Erfindung sind zwei Regelkreise vorgesehen,
die auf den gleichen Stellmotor einwirken, aber in diesem Fall sind Regelgröße und
Führungsgröße in den beiden Regelkreisen verschiedene physikalische Größen. Während
nämlich in dem digitalen Regelkreis Istwertsignale für die Augenblicksstellung des
beweglichen Teils erzeugt werden und als Führungsgröße Sollwertsignale für diese
Augenblicksstellung zugeführt werden, erzeugt der analoge Regelkreis Geschwindigkeits-Istwertsignale
und :er empfängt Geschwindigkeits-Sollwertsignale als Führungsgröße; das die Stellungsregelabweichung
darstellende digitale Fehlersignal wird nach Umwandlung in ein analoges Fehlersignal
der
analogen Führungsgröße überlagert, so daß zusätzlich zu der
Geschwindigkeitsregelung .eine Stellungsregelung über den gleichen Stellmotor erhalten
wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das
digitale Stellungs-Sollwertsignal und das analoge Geschwindigkeits-Sollwertsignal
auf verschiedenen Spuren eines Aufzeichnungsträgers aufgezeichnet sind.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielshalber
erläutert. Darin zeigt Fig. 1 das Schema eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
und F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung von F
i g. 1.
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F i g. 1 zeigt einen beweglichen Teil 1, dessen Lage nach einem vorgegebenen
Programm geregelt werden soll. Dieser Teil wird durch eine Spindel 2 über zwei von
einem Stellmotor 5 in Drehung versetzte Zahnräder 3 und 4 angetrieben. Der Stellmotor
5 wird von einem Verstärker 7 gesteuert. Für den Stellmotor 5 sind zwei. Regelkreise
vorgesehen.
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Der eine Regelkreis bewirkt die Geschwindigkeitsregelung des Teils
1. Sie enthält den Verstärker 7 und eine Vergleichsanordnung 81, deren Ausgangsspannung
dem Verstärker 7 zugeführt wird und die an einem Eingang ein Signal empfängt, das
von der Drehzahl des Stellmotors abhängt und von einem Tachometerdynamo 6 erzeugt
wird, der drehfest mit der Welle des Stellmotors verbunden ist. Am anderen Eingang
empfängt die Vergleichsanordnung 81 ein Signal, das vom Ausgang einer Addierschaltung
82 abgegeben wird. Die Addierschaltung 82 empfängt an .einem Eingang von der Spur
91 eines Magnetbandes 9 ein Signal, das der Geschwindigkeit proportional ist, welche
nach dem vorgegebenen Programm dem zu verstellenden Teil in Abhängigkeit von der
Zeit erteilt werden soll. Dieses Signal bildet also das Ges.chwindigkeits-Sollwertsignal.
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Die Vergleichsanordnung 81 gibt eine Spannung ab, welche durch
Einwirkung auf den Stellmotor 5 über den Verstärker 7 die Drehung des Stellmotors
verzögert oder beschleunigt und dadurch die Geschwindigkeitsregelung des Teils 1
bewirkt. Der andere Regelkreis bewirkt die Stellungsregelung des Teils 1.
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Die Spindel 2 steuert einen Digitalverschlüssler 11, der eine Gruppe
von Ziffern :abgibt, welche die augenblickliche Stellung des Teils, also den Stellungs-Istwert,
ausdrücken.
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Diese Zifferngruppe wird einer numerischen Vergleichsanordnung 12
zugeführt, die andererseits in Zeitpunkten, welche durch -die Spur 92 des Magnetbundes
9 bestimmt werden, Zifferngruppen empfängt, die gleichfalls von der Spur 92 geliefert
werden und die Stellungen angeben, welche den Teil gemäß dem vorgegebenen Programm
in diesen bestimmten Zeitpunkten haben soll. Diese Zifferngruppen bilden das Stellungs-Sollwertsignal.
Der von der Vergleichsanordnung 12 festgestellte Unterschied zwischen dem Stellungs-Istwert
und dem Stellungs-Sollwert wird durch einen Digital-Analog-Umsetzer 13 in eine proportionale
Spannung mit dem gewünschten Vorzeichen umgewandelt. Diese Spannung lädt einen Kondensator
14 auf (wobei eine im Umsetzer 13 enthaltene Anordnung eine Entladung des Kondensators
über den Umsetzer 13 verhindert).
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Die vom Kondensator 14 gespeicherte Elektrizitätsmenge wird über einen
Widerstand 15 dem Eingang der Addierschaltung 82 zugeführt, in welcher sie (mit
dem entsprechenden Vorzeichen) zu dem (gleichfalls in einen Strom umgewandelten)
Geschwindigkeits-Sollwertsignal addiert wird, das von der Spur 91 geliefert wird.
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F i g. 2 zeigt :die Durchführung der Stellungskorrektur. Das Diagramm
stellt den Weg S des Teils 1 als Funktion der Zeit t dar. In bestimmten Zeitpunkten
t1, t2 . . . t" wird die Stellung des Teils mit der Stellung verglichen,
die es nach dem Programm zu diesen Zeitpunkten haben soll.
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Die programmgemäße Verstellung ist durch die Kurve I dargestellt.
Die Kurve II zeigt die wirkliche Verstellung.
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Im Zeitpunkt t1 ist die Stellungsabweichung Null; der Kondensator
14 gibt daher kein Korrektursignal ab.
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Im Zeitpunkt t, wird eine Abweichung b2 festgestellt, welche eine
Nachelung gegenüber dem Pro-U a amm ausdrückt. Der Kondensator 14 wird bei -spielsweise
durch :eine positive Spannung aufgeladen, welche einen Strom im Widerstand 15 hervorruft,
der eine Beschleunigung der Verstellung des Teils 1 in der Weise bewirkt, :daß die
Abweichung zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 allmählich verschwindet: Ein wesentlicher
Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, daß die Zahl der erforderlichen
numerischen Informationen beträchtlich verringert wird. Diese Informationen haben
nämlich lediglich den Zweck, die durch die Ungenauigkeit der Geschwindigkeitsregelung
hervorgerufene Stellungsabweichung zu korrigieren, anstatt die Verstellung direkt
zu steuern.
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Das beschriebene Beispiel entspricht einer eindimensionalen Verstellung.
Es läßt sich natürlich auf den Fall von zwei oder drei Dimensionen durch Verwendung
von Mehrspurmagnetbändern erweitern.
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Ferner können gleichzeitig weitere Informationen in analoger Form
übertragen werden, beispielsweise der Krümmungsradius der Verstellkurve als Funktion
der Zeit (F i g. 2), wodurch gegebenenfalls die Abnutzung des Bearbeitungswerkzeugs
berücksichtigt werden könnte.