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Positionsregelungs-Servosystem für Werkzeugsteuerung
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einer numerisch gesteuerten Maschine Die Erfindung bezieht sich auf
ein Positionsregelungs-Servosystem für eine Werkzeugsteuerung einer numerisch gesteuerten
Maschine, wobei das Positionsregelungs-Servosystem eine Schaltungsanordnung zum
Erzeugen eines Signals aufweist, das die tatsächliche oder Ist-Geschwindigkeit des
bewegten Gegenstandes angibt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Positionsregelungs-Servosystem
zum Antrieb eines Motors zum Bewegen des Gegenstandes, wobei die Schaltungsanordnung
zum Erzeugen eines Signales dient, das die Ist-Geschwindigkeit des Gegenstandes
als Reaktion auf ein Signal angibt, das die tatsächliche oder Ist-Position des Gegenstandes
angibt. Der Gegenstand" ist das Werkstück oder der Werkzeughalter oder der Werktisch
oder sowohl das Werkstück als auch der Werkzeughalter oder der Werktisch.
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Numerische Positionsregelunssysteme und insbesondere analoge
Phasenpositions-Regelsysteme
sind zum Antrieb eines Motors verwendet worden, um die Bewegung eines Gegenstandes,
wie beispielsweise eines Maschinenwerkzeuges oder eines bearbeiteten Teiles, zu
steuern. Im allgemeinen wird ein Soll-Positionsslgnal dazu verwendet, die gewünschte
Bewegung des Gegenstandes zu definieren. Ein Wandler, wie beispielsweise ein Auflöser
(resolver), wird dazu verwendet, die Ist-Position des Motors und/oder des Gegenstandes
abzutasten und ein Rückkopplungssignal zu liefern, das die Ist-Position des Gegenstandes
angibt.
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Das Soll-Positionssignal wird mit dem Ist-Positionssignal verglichen,
um die Erzeugung eines Positionsfehlersignals zu bewirken, das einem Servoverstärker
zugeführt wird, damit der Gegenstand in Richtung auf die Soll-Position angetrieben
wird.
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Um eine gleichförmige Bewegung des Gegenstandes und eines verbesserten
fertig bearbeiteten Teiles sicherzustellen, ist es fUr wUnschenswert befunden worden,
den Servoverstärker und den Motor möglichst unempfindlich zu machen gegenUber externen
Kräften. Ein Verfahren hierfür besteht darin, den Servoverstärker und den Motor
zu stabilisieren, indem ein Signal erzeugt wird, das die Ist-Geschwindigkeit des
Gegenstandes angibt, und dieses Ist-Geschwindigkeitssignal mit dem Positionsfehlersignal
zu summieren, wobei das summierte Signal dann dem Servoverstärker zugeführt wird.
Dieses Ist-Geschwindigkeitssignal ist bisher üblicherweise dadurch geliefert worden,
daß ein Ubliches Gleichstrom-Tachoieter mit der Ausgangswelle des Motors verbunden
wird, der durch das Positionsregelungs-Servosystem ange trieben wird. Das Gleichstrom-Tachometer
ist nicht nur teuer, sondern dessen Leistungsfthigkeit verschlechtert sich auch
nach einer geraumen Zeit aufgrund von Abnutzung verschiedener kritischer Teile.
Eine derartige Verschlechterung macht das erzeugte Ist-Geschwindigkeitisignal unzuverlässig
und mindert dessen Wert. Weiterhin enthält das von dem Gleichstrom-Tachometer erzeugte
Geschwindigkeitssignal häufig eine Wechselstrom-Welligkeits-Signalkomponente. Wenn
dieses Wechselstrom-Welligkeitssignal zum Servoverstärker ritickgekoppelt wird,
kann es als
ein Rauschen auftreten, das verstärkt wird. Dieses verstärkte
Rauschsignal kann eine übermäßige Erhitzung des Servomotors bewirken. Bekannte Versuche,
das Gleichstrom-Tachometer zu eliminieren, während trotzdem ein zuverlässiges Gleichstrom-Rückkopplungssignal
erzeugt wird, das ein Maß für die Ist -Geschwindigkeit des bewegten Gegenstandes
ist, haben zur Erzeugung von Signalen geführt, die eine Wechselstrom-Signalkomponente
enthalten, die so groß wie die durch das Gleichstrom-Tachometer erzeugte ist.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung
zum Erzeugen eines Signales zu schaffen, das die Ist-Geschwindigkeit eines Gegenstandes
anzeigt, ohne daß ein Gleichstrom-Tachometer mit der Ausgangswelle eines den Gegenstand
antreibenden Motors verbunden wird.
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Weiterhin soll ein Positionsregelungs-Servosystem zum Antreiben eines
Motors für eine Bewegung eines Gegenstandes geschaffen werden, wobei ein Signal,
das ein Maß für die tatsächliche oder Ist-Geschwindigkeit des durch den Motor erzeugten
Gegenstandes ist, bei einem Signal erzeugt wird, das die Ist-Position des Gegenstandes
anzeigt.
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Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein zuverlässiges Gleichstromsignal
zu erzeugen, das die Ist-Geschwindigkeit des Gegenstandes anzeigt, um zu einem Servoverstärker
eines Positionsregelungs-Servosystems rückgekoppelt zu werden, um die Leistungsfähigkeit
des Servosystems zu stabilisieren, wobei der Wechselstromgehalt des Ist-Geschwindigkeits-Rückkopplungssignal
auf ein Minimum reduziert wird.
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Erfindungsgemäß wird ein Positionsregelungs-Servosystem zum Antrieb
eines Motors geschaffen, der einen Gegenstand bewegt.
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Das System umfaßt Mittel zum Erzeugen eines ersten Signales, das die
Soll-Position des durch den Motor bewegten Gegenstandes
anzeigt,
Mittel zum Erzeugen eines zweiten Signales, das die Ist-Position des Gegenstandes
anzeigt, ferner auf die ersten und zweiten Signale ansprechende Mittel zum Erzeugen
eines Signales, das ein Maß für den Positionsfehler zwischen den Soll- und Ist-Positionen
des Gegenstandes ist, auf das zweite Signal ansprechende Mittel zum Erzeugen eines
Signales, das die Ist-Geschwindigkeit des Gegenstandes anzeigtSund auf das Positionsfehlersignal
und das Ist-Geschwindigkeitssignal ansprechende Mittel zum Antrieb des Motors für
eine Bewegung des Gegenstandes. Die das Ist-Geschwindigkeitssignal erzeugenden Mittel
umfassen ferner eine Einrichtung zum Erzeugen aufeinanderfolgender gewichteter Digitalsignale,
die die Ist -Geschwindigkeit des Gegenstandes anzeigen, Mittel zum Speichern jedes
gewichteten Digitalsignales, bis das nächste gewichtete Digitalsignal erzeugt wird,
und Mittel zum Umwandeln von jedem Bit des gewichteten Digitalsignales in ein Analogsignal
während der gesamten Zeit, zu der das gewichtete Digital signal in einer Speichereinrichtung
gehalten ist, wodurch das umgewandelte Analogsignal ein Maß für die Ist-Geschwindigkeit
des Gegenstandes ist. Das erzeugte Ist-Positionssignal hat zyklische Ubergänge,
die die Ist-Position des Gegenstandes anzeigen.
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Die aufeinanderfolgende gewichtete Digitalsignale erzeugende Einrichtung
wird ferner gebildet von Mitteln zum Erzeugen eines Referenzsignales mit zyklischen
Übergängen, wobei die Periode zwischen zyklischen Übergängen des Referenzsignals
identisch ist mit der Periode zwischen den zyklischen übergängen des Ist-Positionssignals,
wenn der Gegenstand in Ruhe bzw. stationär ist. Die aufeinanderfolgende gewichtete
Digitalsignale erzeugende Einrichtung umfaßt ferner Mittel, um zunächst die Phase
des nächsten zyklischen Uberganges des Referenzsignales so einzustellen, daß sie
gleich der Phase des nächsten zyklischen überganges des Ist-Positionssignales ist,
wenn der Gegenstand in Ruhe bzw. stationär bleiben soll, Mittel zum Abtasten der
nächsten zyklischen Übergänge von 3edem
der Referenz- und Ist-Positionssignale,
Mittel zum Erzeugen eines gewichteten digitalen Signales, das die Differenz der
Phase zwischen den abgetasteten zyklischen Ubergängen anzeigt, und auf das letzte
der abgetasteten Ubergangssignale ansprechende Mittel, um die Phase des Referenzsignales
neu einzu -stellen, damit es wieder mit der Phase des Ist-Positionssignales gleich
ist.
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Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen an Hand
der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm von einem Positionsregelungs-Servosystem
gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 ist ein Blockdiagramm des Ist-Geschwindigkeits -Rückkopplungssignalgenerators
gemäß Figur 1.
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Fig. 3 ist ein Blockdiagramm der Steuerlogik in Figur 2.
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Fig. 4a -4e ist ein Zeitsteuerungsdiagramm und stellt die Erzeugung
des Ist-Geschwindigkeitssignales dar.
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In Figur 1 wird von einem Gegenstand 10, der ein Maschinenwerkzeug
oder ein zu bearbeitendes Teil sein kann, die Bewegung gesteuert durch einen Motor
12, der durch ein phasenanaloges Positionsregelungs-Servosystem gemäß der Erfindung
angetrieben wird. Das Positionsregelungs-Servosystem wird von einem Funktionsgenerator
14, einem Entfernungszähler 16, einem Soll -Phasenzähler 18, einem Diskriminator
20, einem Servoverstärker 22, einem Auflöser (resolver) 24, einem Wellenformer 26
und einem Ist-Geschwindigkeits-Rückkopplungssignalgenerator 28 gebildet. Der Soll-Phasenzähler
18 empfängt Soll-Positionssignale, die die gewünschte oder Sollposition des durch
das Servosystem gesteuerten Gegenstandes anzeigen, von dem
Funktionsgenerator
14 und dem Entfernungszähler 16. Ein Geschwindigkeits- oder Vorschubsignal wird
dem Funktionsgenerator 14 zugeführt, und ein Endabstand-Sollsignal wird von dem
Entfernungszähler 16 von einer üblichen numerischen Eingangssteuerung (nicht gezeigt)
empfangen. Der Funktionsgenerator, der Entfernungszähler und der Rest des Positionsregelungs-Servosystems
ist in den US-Patentschriften 3 173 001, 3 519 904 und 3 657 525 näher beschrieben.
Ferner sind die spezielle Arbeitsweise und der Aufbau des Funktionsgenerators, des
Entfernungszählers, des Sollphasenzählers, des Phasendiskriminators, des Servoverstärkers
und des Auflösers näher in der US-PS 3 173 001 beschrieben, während die Arbeitsweise
und der Aufbau des Sollphasenzählers und des Wellenformers in der US-PS 3 519 904
beschrieben sind.
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Um jedoch das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern,
seien die folgenden kurzen Erläuterungen des oben genannten Positionsregelungssystems
gegeben. Auf Signale von dem Funktionsgenerator und dem Entfernungszähler hin erzeugt
der Sollphasenzähler 18 ein Rechteckwellensignal, dessen Phase die gewünschte Soll-Position
des Gegenstandes in dem Zeitpunkt angibt. Der Auflöser 24 spricht auf die Bewegung
des Motors 12 und des Gegenstandes 10 an, um ein Signal zu erzeugen, das dem Wellenformer
26 zugeführt wird. Die Ausgangsgröße des Wellenformers 26 ist ein Rechteckwellensignal,
dessen Phase ein Maß für die Ist-Position des Gegenstandes 10 ist. Der Phasendiskriminator
20 empfängt die entsprechenden Signale von dem Sollphasenzähler 18 und dem Wellenformer
26 und erzeugt am Ausgang ein analoges Gleichstrom-Positionsfehlersignal, das die
Differenz zwischen den Ist- und Soll-Positionen des Gegenstandes anzeigt. In ähnlicher
Weise erzeugt als Reaktion auf zyklische übergänge des rechteckigen Ist-Positionssignales,
das durch den Wellenformer 26 erzeugt wird, der fst-Qeschwindigkeits-Rückkopplungssignalgenerator
28 ein analoges Gleichstrom-Ausgangssignal, das die Ist-Geschwindigkeit des Gegenstandes
10 anzeigt.
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Das am Ausgang des Phasendiskriminators 20 erzeugte Positionsfehlersignal
wird einer Summierstelle A über einen Widerstand 30 zugeführt, und das analoge Gleichstromsignal,
das die Ist-Geschwindigkeit des Gegenstandes anzeigt und am Ausgang des RUckkopplungssignalgenerators
28 erzeugt wird, wird ebenfalls der Summierstelle A über einen Widerstand 32 zugeführt.
Das summierte Signal an der Summierstelle A wird dann dem Servoverstärker 22 zugeführt
zum Antrieb des Motors 12, wodurch der Gegenstand 10 in Richtung auf die gewünschte
Soll-Position bewegt wird, wobei das am Ausgang des Rückkopplungssignalgenerators
28 erzeugte Ist-Geschwindigkeits-Rückkopplungssignal dazu verwendet wird, die Leistungsfähigkeit
des Servoverstärker und des Motors zu stabilisieren und zu verbessern.
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Es wird nun an Hand der Figuren 2 bis 4 der Rückkopplungssignalgenerator
28 für die Ist-Geschwindigkeit erläutxt, der Mittel liefert, um ein die tatsächliche
Geschwindigkeit des Gegenstandes anzeigendes Signal zu erzeugen. In Figur 2 wird
eine Einrichtung zum Erzeugen aufeinanderfolgender gewichteter Digitalsignale, die
die Ist-Geschwindigkeit des Gegenstandes anzeigen, gebildet durch einen Ubergangsdetektor
34, eine Steuerlogik 36, einen (aufwärts/abwärts-) N-Zähler 38, einen Hilfs-(Referenz)
Zähler 40, Setz- und Rücksetz-Flipflops 42 und 44, AND-Gatter 46, 48, 50 und 52,
OR-Gatter 54, 56 und 58, Sperrgatter 60 und 62, eine Verzögerungsschaltung 64, ein
einstufiges Polaritätspufferspeicherregister 66 und gesteuerte Schaltmittel 68,
70 und 72. Eine Einrichtung zum Speichern jedes gewichteten Digitalsignales bis
zur Erzeugung des nächsten gewichteten Digitalsignales wird gebildet durch ein übliches
Pufferregister 74 mit zahlreichen Stufen. Eine Anordnung zum Umwandeln von jedem
Bit eines gewichteten Digitalsignales in ein Analogsignal über der gesamten Zeit,
während der das gewichtete Digitalsignal in der Speichereinrichtung gehalten wird,
wird durch ein Polaritätspufferspeicherregister 66, einen Inverter 76, steuerbare
Schaltmittel 78 und 80, entsprechende positive und negative Digital/Analogwandler
82 und 84, Summierwiderstände 86 und 88,
einen üblichen Operationsverstärker
90 und einen variablen Rückkopplungswiderstand 92.
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An diesem Punkt sei bemerkt, daß die steuerbaren Schaltmittel irgendwelche
üblichen Schaltmittel sein können, wie beispielsweise ein elektronischer Schalter
oder sogar ein AND-Catter.
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Der übergangsdetektor 34, der das die Ist-Position des Gegenstandes
10 anzeigende Rechtecksignal vom Ausgang des Wellenformers 26 empfängt, kann eine
übliche Differenzierschaltung und eine Diode sein, die richtungsmäßig so gepolt
ist, daß die Ubergangsimpulse des Wellenformers (siehe Figur 4a) bei der positiv
werdenden Kante des rechteckigen Ist-Positionssignals vom Ausgang des Wellenformers
gebildet wird. Es sei ferner bemerkt, daß der N-Zähler 38 und der Hilfszähler 40
normalerweise Taktimpulse von einem nicht gezeigten Impulsgenerator bei einer speziellen
Frequenz von beispielsweise ,5 Megahertz empfängt. Der Hilfszähler 40 ist so aufgebaut,
daß er bei Empfang von Jedem tausendsten Taktimpuls Übergangsimpulse (siehe Figur
4b) erzeugt. Es ist ferner zu bemerken, daß die Periode zwischen aufeinanderfolgenden
übergangsimpulsen des Wellenformers und aufeinanderfolgender übergangs impulse des
Hilfszählers identisch sein würden, beispielsweise 0,4 Millisekunden auseinander,
wenn die übergangsimpulse des Wellenformers eine Anzeige liefern, daß der Gegenstand
10 über der entsprechenden Zeitperiode stationär bzw. ruhend geblieben ist.
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Wenn das System zu arbeiten beginnt, wird dem einen Eingangsanschluß
des AND-Gatters 46 ein Systemstartimpuls mit ausreichender Zeitdauer zugeführt,
damit er das Auftreten eines ersten übergangsimpulses des Wellenformers zur Zeit
t0, wie es in Figur 4a gezeigt ist, überlappt, wobei dieser Ubergangsimpuls auch
dem anderen Eingangsanschluß des AND-Gatters 46 zugeführt wird. Dieser übergangsimpuls
des Wellenformers wird dann durch das AND-Gatter 46 und das OR-Gatter 54 zu einem
RUcksetz-Eingangsanschluß des Hilfszählers 40 geleitet, um so
den
Hilfszähler zurückzusetzen und ein Mittel zu bilden, um am Anfang die Phase des
ersten Ubergangsimpulses (gezeigt in Figur 4b) des Hilfszählers so einzustellen,
daß sie mit der Phase des Ubergangsimpulses des Wellenformers zur Zeit t1 (gezeigt
in Figur 4a) gleich ist, wenn der Gegenstand 10 ruhend bleibend sollte. Da der Ubergangsimpuls
des Wellenformers zur Zeit t0 auch vom Ausgang des AND-Gatters 46 zu dem Sperranschluß
des Sperrgatters 60 geführt wird, gelangt dieser Ubergangsimpuls des Wellenformers,
der auch direkt an den Eingangsanschluß des Sperrgatters 60 angelegt wird, nicht
durch dieses Sperrgatter hindurch, da der an seinen Steueranschluß angelegte Impuls
das Sperrgatter in einen Sperrzustand bringt.
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Nachdem der Hilfszähler 40 zurückgesetzt worden ist, werden Taktimpulse
von dem Taktimpulsgeber durch das OR-Gatter 58 geleitet und an den Eingangsanschluß
des Hilfszählers gelegt.
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Die Steuerlogik 36 bildet nun ein Mittel, um die nächsten zyklischen
Ubergangsimpulse des Wellenformers und des Hilfszäh -lers abzutasten. Wie in den
Figuren 4a und 4b gezeigt ist, sei angenommen, daß der nächste auftretende Ubergangsimpuls
nach der Zeit t0 ein Wellenformer-Ubergangsimpuls zur Zeit t1 ist, wie es in Figur
4a gezeigt ist, wobei dieser Impuls vom Ausgang des Ubergangsdetektors 34 über das
freigegebene Sperrgatter 60 zu einem ersten Eingangsanschluß der Steuerlogik 36
geführt wird. Das Sperrgatter 60 befindet sich in einem freigegebenen Zustand, da
der zuvor an das AND-Gatter 46 angelegte Systemstartimpuls beendet ist und von dem
Ausgang des M -Gatters 46 an den Steueranschluß des Sperrgatters 60 ein niedrigerer
(nicht sperrender) Signalpegel angelegt ist. Auf den Ubergangsimpuls des Wellenformers
zur Zeit t1 hin wird ein zyklischer Startimpuls (gezeigt in Figur 4c) am Startausgangssignal
der Steuerlogik 36 erzeugt und an einen Setz-Eingangsanschluß des Flipflop 42 angelegt.
Dies bewirkt, daß die Ausgangsgröße des Flipflop 42 sich auf einem hohen Signalpegel
befindet. Dieses hohe Signal wird an den Steueranschluß des Sperrgatters 62 angelegt,
wodurch dieses Sperrgatter abgeschaltet
bzw. gesperrt wird. Das
hohe Signal vom Ausgang des Flipflop 42 wird auch an den Steueranschluß einer steuerbaren
Schaltein -richtung 68 angelegt, wodurch die steuerbare Schalteinrichtung 68 geschlossen
wird. Dadurch können Taktimpulse von dem Taktimpulsgeber an den Aufwärts-Eingangsanschluß
des N-Zählers 38 angelegt werden. Sobald der Hilfszähler 40 einen ersten Ubergangsimpuls
erzeugt, wie er in Figur 4b gezeigt ist, wird dieser Impuls an den anderen Anschluß
der Steuerlogik 36 angelegt.
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Da dieser übergangsiipuls des Hilfszählers der zweite von den zwei
zyklischen Übergangsimpulsen ist, der von der Steuerlogik 36 empfangen und abgetastet
wird, wird an den Stop-Ausgangsanschluß der Steuerlogik ein Stopimpuls (gezeigt
in Figur 4c) erzeugt und an den RUcksetz-Iingangsanschluß des Flipflops 42 gelegt.
Dies bewirkt, daß die Ausgangsgröße des Fliflop 42 auf einen niedrigen Signalpegel
zurückkehrt, der eine Öffnung der steuerbaren Schalteinrichtung 68 zur Folge hat,
so daß keine weiteren Taktimpulsean den Aufwärts-Anschluß des N -Zählers 38 angelegt
werden können. Gleichzeltig wird dieser Stopimpuls auch Uber das OR-Getter 54 an
den RUcksetz-Eingangsanschluß des Hilfszählers 40 angelegt, so daß der Hilfszähler
von diesem Zeitpunkt an zu zählen beginnt. Dieser Stopimpuls wird ferner an den
Steueringangsanicuß der steuerbaren Schalteinrichtung 70 gelegt. um so die steuerbare
Schalteinrichtung 70 zu schließen. Dies ermöglicht, daß ein gewichtetes Digitalsignal,
das innerhalb zahlreicher Stufen im N-Zähler 38 gehalten wird, parallel zu einer
ähnlichen Vielzahl von Stufen innerhalb des Pufferregisters 74 uebertragen wird.
Die Anzahl der Stufen, die sowohl im N-ZMhler 38 als auch im Pufferregister 74 erforderlich
sind, hängt von der maximal zulässigen Geschwindigkeit ab, mit der das System arbeiten
kann, oder, mit anderen Worten, von der maximalen Zeitlänge, gemessen in Taktimpulsen,-die
ein Übergangsimpuls des Wellenformers seinem entsprechenden Übergangsimpuls des
Hilfszählers vor-oder nacheilen kann. Beispielsweise sei in diesem System angenommen,
daß ein Übergangsimpuls des Wellenformers einem
entsprechenden
Ubergangsimpuls des Hilfszählers nicht um mehr als 15 Taktimpulse vor- oder nacheilt.
Es kann dann angenommen werden, daß der N-Zähler 38 und das Pufferregister 74 vier
Register enthält zum Halten eines vier Bit umfassenden gewichteten Digitalsignales.
Somit wird jedes Bit des gewichteten Digitalsignales gleichzeitig von den entsprechenden
Ausgangs stufen des N-Zählers 38 zu entsprechenden Stufen innerhalb des Pufferregisters
74 über steuerbare Schaltmittel 70 während derjenigen Zeit übertragen, in der die
steuerbare Schalteinrichtung 70 durch das Anlegen des Stopimpulses an seinen Steuereingangsanschluß
geschlossen ist. Sobald der Stopimpuls gelöscht ist, öffnet sich die steuerbare
Schalteinrichtung 70, und das zum Pufferregister 74 übertragene gewichtete Digitalsignal
bleibt darin, bis ein anderer Stopimpuls an den Steueranschluß des Schalters 70
angelegt wird.
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Figur 4c definiert somit Taktimpulse zählende Intervalle, die durch
entsprechende Paare von Start- und Stopimpulsen bestimmt sind, die als Reaktion
auf die Ubergangsimpulse des Wellenformers und des Hilfszählers erzeugt werden,
wobei die Anzahl der gezählten Impulse die Form eines gewichteten Digitalsignals
hat, das die Ist-Geschwindigkeit des Gegenstandes 10 anzeigt.
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An dieser Stelle sei bemerkt; daß z der gleichen Zeit, zu der der
Ubergangsimpuis des Wellenformers zur Zeit t1 an die Steuerlogik 36 über das Sperrgatter
60 zugeführt wurde, dieser Ubergangsimpuls auch an den einen Eingangsanschluß des
AND-Gatters 48 angelegt wurde. Da dieser Ubergangsimpuls des Wellenformers bewirkt,
daß am Ausgang der Steuerlogik 36 ein Startimpuls erzeugt wurde, und dieser Startimpuls
an den anderen Eingangsanschluß des AND-Gatters48 angelegt wurde, bevor der Ubergangsimpuls
des Wellenformers zu Ende war bzw. löschte, wurde am Ausgang des AND-Gatters 48
ein Signal erzeugt und an den Setz-Eingangsanschluß des Flipflop 44 angelegt. Dies
bewirkte, daß sich der Ausgangsanschluß des Flipflop 44 auf
einem
hohen Signalpegel befindet. Wenn dann der erste Stopimpuls am Ausgang der Steuerlogik
36 als Reaktion auf den Empfang des ersten übergangsimpulses des Hilfszählers erzeugt
wurde, wurde dieser Stopimpuls direkt an den Steuereingangsanschluß der steuerbaren
Schalteinrichtung 72 gelegt, damit diese Schalteinrichtung schließt und der in dem
Flipflop 44 gespeicherte hohe Signalpegel zu einem einstufigen Polaritätspufferspeicherregister
66 übertragen wird. Somit ist das Ausgangssignal aus dem Polaritätspufferspeicherregister
66 auf einem hohen Signalpegel, wie er in Figur 4d gezeigt ist, wenn der Startimpuls
als Reaktion auf einen Übergangs impuls des Wellenformers erzeugt und der Stopimpuls
als Reaktion auf einen Übergangsimpuls von dem Hilfszähler erzeugt wird. Dieser
hohe Signalpegel bildet eine Anzeige, daß sich der Gegenstand in einer als positiv
angenommenen Richtung bewegt, und daß der Ubergangsimpuls des Wellenformers zur
Zeit t1 seinem entsprechenden Übergangsimpuls des Hilfszählers voreilt. Wenn in
ähnlicher Weise das zum Polaritätsregister 66 übertragene Signal auf einem niedrigen
Pegel ist, würde es eine Anzeige bilden, daß sich der Gegenstand in der entgegengesetzten
Richtung bewegt und daß der Übergangsimpuls des Wellenformers seinem entsprechenden
Übergangs impuls des Hilfszählers nacheilt.
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Somit wird auf den ersten erzeugten Stopimpuls hin, wie er in Figur
4c gezeigt ist, der hohe Signalpegel innerhalb des Polaritätsregisters 66 an den
Steuereingangsanschluß der gesteuerten Schalteinrichtung 78 angelegt, damit die
steuerbare Schalteinrichtung 78 wenigstens bis zur Erzeugung des nächsten Stopimpulses
geschlossen bleibt. In ähnlicher Weise wird dieser hohe Signalpegel innerhalb des
Polaritätspuffers 66 auf einen niedrigen Signalpegel durch den Inverter 76 umgewandelt,
und dieser invertierte niedrige Signalpegel wird an den Steuereingangsanschluß der
steuerbaren Schalteinrichtung 80 angelegt, damit diese Schalteinrichtung 80 wenigstens
bis zur Erzeugung des nächsten Stopimpulses offen bleibt. Somit wird bei ge -schlossener
Schalteinrichtung
78 das in dem Pufferregister 74 gespeicherte gewichtete Digitalsignal, das eine
Anzeige für die Ist-Geschwindigkeit des Gegenstandes 10 ist, mit dem Digital/Analogwandler
82 gekoppelt. Dieser Wandler 82 und der Digital/Analogwandler 84 sind in diesem
Ausführungsbeispiel übliche vier Bit umfassende Digital/Analogwandler, da das Pufferregister
74 von vier Stufen gebildet wird und ein vier Bit umfassendes gewichtetes Digitalsignal
hält. Die vier Bits innerhalb des Pufferregisters 74 werden somit gleichzeitig parallel
zu dem Digital/Analogwandler 82 über den gesamten Zyklus übertragen, der durch zwei
aufeinanderfolgende Stop -impulse definiert ist, und am Ausgang des Digital/Analogwandlers
wird ein positives Gleichstrom-Analogsignal erzeugt. Das Gleichstrom-Analogsignal
wird dann an den Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 90 über einen Widerstand
86 angelegt, und das Ausgangssignal aus dem Operationsverstärker 90, das ein positives
Analogsignal ist und die Ist-Geschwindigkeit des Gegenstandes (gezeigt in Figur
4e) ist, ist an den Eingang des Servoverstärkers 22 über einen Widerstand 32 angelegt,
wie in Figur 1 gezeigt ist. Ein Rückkopplungswiderstand 92, der zwischen die Eingangs-
und Ausgangsanschlüsse des Operationsverstärkers 90 geschaltet ist, kann einen variablen
Widerstandswert haben, um somit den Gewinn bzw. die Verstärkung des Operationsverstärkers
nach Wunsch einzustellen. Figur 4e zeigt somit die Ausgangsgröße des Operationsverstärkers
90 als einen positiven stationären Gleichstromwert über eine Periode, die durch
wenigstens zwei aufeinanderfolgende Stopimpulse definiert ist, und der Wert ist
eine Anzeige für die Ist-Geschwindigkeit des Gegenstandes 10.
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Da in dem Polaritätspufferspeicherregister 66 ein hoher Signalpegel
gespeichert ist, wenn der übergangsimpuls des Wellenformers vor dem entsprechenden
Übergangs impuls des Hilfszählers auftritt oder diesem voreilt, wird dieser hohe
Signalpegel an den einen Eingangsanschluß des AND-Gatters 52 angelegt. Dies
sorgt
für eine Anzeige, daß zur Neueinstellung des Zählwertes innerhalb des Hilfszählers
40, damit die Phase des tbergangsimpulses des Wellenformers zur Zeit t1 effektiv
gleich der Phase seines entsprechenden übergangsimpulses des Hilfszählers ist, die
gezählten Taktimpulse innerhalb des N-Zählers 38 zu derjenigen Zeit, zu der der
erste Stopimpuls erzeugt wird, zum Hilfszähler 40 übertragen werden sollten. Die
Neueinstellung der Phase des gerade erzeugten übergangsimpulses des Hilfszählers,
damit sie gleich ist mit der Phase des gerade erzeugten übergangsimpulses des Wellenformers,
ist. notwendig um sicherzustellen, daß Jeder der nächstfolgenden Übergangsimpulse
des Wellenformers und des Hilfszählers gleichzeitig auftreten, wenn der Gegenstand
10 über dieser Zeitperiode ruhend bleiben soll.
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Dies stellt ferner sicher, daß die Phasendifferenz zwischen den nächsten
abgetasteten übergangsimpulsen von Wellenformer und Hilfszähler eine Anzeige liefern
für die Änderungsgeschwindigkeit der Bewegung des abgetasteten Gegenstandes, wodurch
eine kontinuierliche Anzeige der Ißt-Geschwindigkeit des Gegenstandes geliefert
wird. Nach Anlegen des ersten Stopimpulses an den Rücksetz-Eingangsanschluß des
Flipflop 42 kehrt die Ausgangsgröße des Flipflop 42 auf einen niedrigen Signalpegel
zurück, der an den Steueranschluß des Sperrgatters 62 angelegt wird, um dadurch
das Gatter freizugeben. Die Taktimpulse werden dann von dem Taktgeber an den Abwkrts-Eingangsanschluß
des N- Zählers 38 angelegt, um den Zählwert innerhalb des N-Zählers 38 schließlich
auf null zurückzustellen. Während der Zählwert innerhalb des N-Zählers 38 größer
als mill ist , hat wenigstens eine der Stufen des N-Zählers einen hohen Signalpegel,
der an einen Eingangsanschluß des OR-Gatters 56 angelegt ist. Die Ausgangsgröße
des OR-Gatters 56 hat somit einen hoben Signalpegel, der an das AND-Gatter 52 angelegt
wird, zur gleichen Zeit, zumindest in diesem Fall, zu der der hohe Signalpegel von
dem Polaritätsregister 66 ebenfalls an das AND-astter 52 angelegt ist. Während also
ein Zählwert größer als eins in dem N-Zähler 38 und ein hoher Signalpegel am Ausgang
des Pufferspeicherregisters 66 sind,
ist das AND-Gatter 52 durchgeschaltet
bzw. geöffnet, und die verzögerten Taktimpulse von dem Taktimpulsgeber, die durch
die Verzögerung 64 um eine halbe Taktimpulsperiode verzögert sein können, können
das AND-Gatter 52 passieren. Die verzögerten und regelmäßig auftretenden Taktimpulse
fließen dann durch das OR-Gatter 58zum Eingangsanschluß des Hilfszählers 40. Diese
verzögerten Taktimpulse durch die Verzögerung 64, deren Eingangsanschluß mit der
Taktimpulsquelle verbunden ist, werden weiterhin dem Hilfszähler zugeführt, bis
der Zählwert in dem N-Zähler 38 auf null abgesunken ist, woraus die Übertragung
der Anzahl von Impulsen zum Hilfszähler 40 resultiert, die zuvor in dem N -Zähler
38 zwischen der Periode empfangen wurde, die durch ein entsprechendes Paar von Start-
und Stopimpulsen bestimmt ist.
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Die Phase des gerade erzeugten Ubergangsimpulses des Hilfszählers
ist dadurch neu eingestellt derart, daß sie gleich ist mit der Phase des Ubergangsimpulses
des Wellenformers zur Zelt t1. Somit wird sichergestellt, daß die Differenz in der
Phase zwischen dem nächsten erzeugten Ubergangsimpuls des Wellenformers zur Zeit
t2 und dem nächsten entsprechenden Ubergangsimpuls des Hilfszählers wieder eine
Anzeige für die Ist-Geschwindigkeit des Gegenstandes 10 ist.
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In Figur 4b ist der zweite auftretende Ubergangsimpuls des Hi1fzählers
als Beispiel so gezeigt daß er vor dem entsprechenden Ubergangsimpuls des Wellenformers
zu Zeit t2 auftritt, wie es in Figur 4a gezeigt ist, um dadurch eine Änderung der
Bewerungrichtung des Gegenstandes 10 anzuzeigen. Der zweite UbergangsS impuls des
Hilfszählers, der am Ausgang des Hilfszählers 40 e zeugt wird, wird der Steuerlogik
36 zugeführt, um an seinem Start-AusgangsanschluS ein Startimpuls zu erzeugen. Der
Startimpuls bewirkt wieder, daß das Flipflop 42 gesetzt wird, das seinerseits bewirkt:
daß die steuerbare Schalteinrichtung 68 schließt und das Sperrgatter 62 in einen
sperrenden Zustand kommt. Die Taktimpulse werden dann von dem Taktimpulsgeber an
den Aufwärts-Eingangsanschluß des N-Zählers 38 angelegt. Gleichzeitig bewirken der
Startimpuls und der zweite Ubergangsimpuls
des Hilfszählers, die
sich zeitlich überlappen, daß das AND-Gatter 50 einen hohen Impulspegel erzeugt.
Dieser erzeugte hohe Signalpegel wird an den Rücksetz-Eingangsanschluß des Flipflop
44 angelegt, um somit zu bewirken, daß der Ausgang des Flipflop 44 auf einen niedrigen
Signalpegel kommt. Der nächste auftretende übergangs impuls des Wellenformers zur
Zeit t2 von dem übergangsdetektor 34 wird über das Sperrgatter 60 an den Eingangsanschluß
der Steuerlogik 36 angelegt, damit am Stop-Ausgangsanschluß der Steuerlogik 36 ein
Stopimpuls erzeugt wird. Der Stopimpuls wird an den Rücksetz-Eingangsan -schluß
des Flip-Flop 42 angelegt, der bewirkt, daß die steuerbare Schalteinrichtung 68
öffnet und die Zufuhr von Takt im -pulsen an den Aufwärts-EingangsanschluB des N-Zählers
38 unterbrochen wird. Der Stopimpuls wird auch dem Steueranschluß der Schalteinrichtung
70 zugeführt, wodurch die Schalteinrichtung 70 geschlossen und der in dem N-Zähler
38 gesammelte Zählwert, der ein gewichtetes Digitalsignal ist als Anzeige für die
Ist-Geschwindigkeit des Gegenstandes zwischen der Zeit t1 bis t2, wird wieder von
den zahlreichen Stufen innerhalb des N-Zählers 38 parallel zu den zahlreichen Stufen
innerhalb des Pufferregisters 74 übertragen. Wie bereits ausgeführt wurde, wird
der Stopimpuls auch an den Steueranschluß der steuerbaren Schalteinrichtung 72 angelegt,
wodurch der tiefe Signalpegel innerhalb des Flipflop 44 zum Polaritätspufferspeicherregister
66 übertragen wird, wie es in Figur 4d gezeigt ist. Dieser niedrige Signalpegel
innerhalb des Polaritätsregisters 66 wird an den Steuereingangsanschluß der Schalteinrichtung
78 angelegt und stellt sicher, daß die Schalteinrichtung 78 geöffnet bleibt.
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Gleichzeitig wird der niedrige Signalpegel von dem Polaritätsregister
66 durch den Wandler 76 in einen hohen Signalpegel umgewandelt, der an den Steuereingangsanschluß
der Schalteinrichtung 80 angelegt wird, die dadurch geschlossen wird. Wenn also
der übergangs impuls des Wellenformers dem übergangs impuls des Hilfszählers nacheilt,
ist der Digital/Analogwandler 84 direkt mit dem Pufferregister 74 verbunden und
am Ausgang des
Digital/Analogwandlers 84 wird ein negatives Gleichstrom-Analogsignal
erzeugt. Dieses negative Gleichstrom-Analogsignal wird über einen Widerstand 88
dem Operationsverstärker 90 zugeführt, und das endgültige Ausgangssignal aus dem
Operationsverstärker 90 ist ein negatives Gleichstrom-Analogsignal (gezeigt in Figur
4e), das eine Anzeige fiir die Ist-Ge -schwindigkeit des Gegenstandes ist. Dieses
negative Gleichstrom-Analogsignal wird dann dem Eingangsanschluß des Servoverstärkers
22 über einen Widerstand 32 zugeführt. Da der niedrige Signalpegel von dem Polaritätspufferspeicherregister
66 auch an das AND-Gatter 52 angelegt wird, wird das AND-Gatter 52 gesperrt, und
während Taktimpulse durch das Sperrgatter G2 zum Abwärts-Eingangsanschluß des N-Zählers
38 angelegt werden, können keine verzögerten Taktimpulse iiber das AND-Gatter 52
oder das OR-Gatter 58 an den Eingangsanschluß des Hilfszählers 40 angelegt werden,
wodurch verhindert wird, daß die gezählten Taktimpulse innerhalb des N-Zählers 38
zum Hilfszähler 40 übertragen werden. Der zweite Stopimpuls, wie er in Figur 4c
gezeigt ist, wird ebenfalls vorn Ausgang der Steuerlogik 36 an den Rücksetz-Eingangsanschluß
des Hilfszählers 40 über das OR-Gatter 54 zugeführt. Dadurch wird der Hilfszähler
40 auf einen Stopimpuls hin zurückgesetzt, der durch ein Ubergangsimpuls des Wellenformers
ausgelöst wird. Somit ist die Phase des gerade erzeugten Ubergangsimpulses des Hilfszählers
automatisch so eingestellt worden, daß sie mit der Phase des gerade erzeugten Übergangs
impulses des Wellenformers gleich ist, und es ist keine weitere Einstellung der
Phase des Hilfszählers erforderlich. Dies ist der Grund, warum eine Maßnahrne geschaffen
wurde, um zu verhindern, daß die gezählten Taktimpulse innerhalb des N-Zählers 38
zum Hilfszähler 40 übertragen werden.
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In Figur 4b ist der dritte Übergangsimpuls des Ililfszählers in der
Weise gezeigt, daß er vor dem entsprechenden Übergangsimpuls des Wellenformers zur
zeit t3 auftritt, und die Phasendifferenz zwischen den Übergangsimpulsen des Wellenformers
und
des Hilfszählers sind so gezeigt, daß sie gegenüber dem zuvor
erzeugten Paar von Ubergangsimpulsen vergrößert sind, wodurch eine größere Bewegungsänderung
des Gegenstandes 10 angezeigt wird. Da somit die Zeit zwischen dem Start und dem
Stop des Zählzyklus innerhalb des N-Zählers 38 verlängert ist, ist auch der Zählwert
innerhalb des N-Zählers 38 vergrößert. Das gewichtete Digitalsignal innerhalb des
N-Zählers 38 ist zu der Zeit, zu der ein Stopimpuls empfangen wird, somit größer
und das negative Gleichstrom-Analogsignal hat eine vergrößerte Magnitude, wie es
in Figur 4e gezeigt ist.
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Unter Verwendung der Schaltungsanordnung gemäß Figur 2 und durch kontinuierliches
Neueinstellen der Phase des Ubergangsimpulses des Hilfszählers in der Weise, daß
sie am Anfang die gleiche wie ein entsprechender Übergangsimpuls des Weilenformers
ist, stellt somit die Phasendifferenz zwiireii en nächsten erzeugten Ubergangsimpulsen
des Wellenformers und des Hilfszählers die tatsächliche Geschwindigkeit des Gegenstandes
dar, und es braucht kein getrennter Gleichstrom-Tachometer verwendet zu werden,
um ein Gleichstrom-Analogsignal zu erhalten, das die Ist-Geschwindigkeit des Gegenstandes
anzeigt. Die gleiche Ausgangsgröße des Auflösers, die immer zur Erzeugung eines
Ist-Positionssignales für ein Positionsregelungssystem verwendet worden ist, kann
auch zur Erzeugung eines Ist-Geschwindigkeitsrückkopplungssignales verwendet werden.
Da die abgetastete Phasendifferenz zwischen dem Ubergangsimpuls des Elilfszählers
und dem Ubergangsimpuls des Wellenformers in ein gewichtetes Digitalsignal umgewandelt
worden ist, das in ein Gleichstrom-Analogsignal über eine gesamte Periode umgewandelt
wird, die durch wenigstens zwei aufeinanderfolgende Stopimpulse definiert ist, ist
der Wechselstrom-Welligkeitsgehalt des Ist-Geschwindigkeitsrückkopplungssignales
auf ein Minimum redu -ziert. Dies verbessert wesentlich die Leistungsfähigkeit des
Servosystems gegenüber anderen Systemen, die ein Gleichstrom-Tachometer zur Erzeugung
eines Ist-Geschwindigkeitsrtickkopplungssignales
verwenden, oder
gegenüber anderen Systemen, die nicht die Erzeugung eines Gleichstrom-Analogsignales
aus einem gewichteten Digitalsignal über eine Periode betrafen, die durch wenigstens
zwei aufeinanderfolgende Stopimpulse definiert ist.
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Die Steuerlogik 36, die einen Ausgangsstartimpuls auf den ersten empfangenen
Ubergangsimpuls des Hilfszählers oder Wellenformers hin liefert und die einen Stopimpuls
auf den zweiten der auftretenden zwei Übergangsimpulse hin liefert, kann von monostabilen
Multivibratoren 94 und 96, Sperrgattern 9t3 und 100, AND-Gattern 102 und 104 und
OR-Gattern 106 und 108 gebildet sein. Die monostabilen Multivibratoren 94 und 96
sind jeweils so eingestellt, daß sie auf einen entsprechenden über gangsimpuls des
Wellenformers und einen Ubergangsimpuls des Hilfszählers hin einen Ausgangsimpuls
erzeuges. Der Ausgangsimpuls von jedem der monostabilen Multivibratoren hat eine
Zeitdauer, die größer als die größte Phasendifferenz ist, die zwischen entsprechenden
Paaren von Ubergangsimpulsen des Wellenformers und des Ililfszählers erwartet werden
können. Das Ausgangssignal von dem monostabilen Multivibrator 94 ist elektrisch
mit dem Steueranschluß des Sperrgatters 98 verbunden, während das Ausgangssignal
von dem monostabilen Multivibrator 96 dem Stueranschluß des Sperrgatters 100 zuführbar
ist. In ähnlicher Weise ist das Ausgangssignal von dem monostabilen Multivibrator
94 an den Eingangsanschluß des AND-Gatters 1()' anlegbar, während das Ausgangssignal
von dem monostabilen Multivibrator 96 dem ßingangsanschluß des AND-Gatters 104 zuführbar
ist. Die Ausgangssignale von den Sperrgattern urltl und 100 stehen elektrisch in
Verbindung mit den Eingangsanschlüssen des OR-Gatters 106, und die Ausgangssignale
von den And-Gattern 102 und 104 sind elektrisch mit den Eingangsanschlüssen des
OR-Gatters 108 verbunden.
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Wenn also im Betrieb ein Ubergangsimpuis cies Wellenformers vor einen
entsprechenden Übergangsimpuls des Hilfszählers auftreten
sollte,
würde der Ubergangsimpuls des Wellenformers bewirken, daß durch den monostabilen
Multivibrator 94 ein Ausgangsimpuls erzeugt wird, der an den Steueranschluß des
Sperrgatters 98 angelegt wird, wodurch das Sperrgatter für die Dauer des Ausgangsimpulses
gesperrt wird. Gleichzeitig ist der Ubergangsimpuls des Wellenformers auch an das
Sperrgatter 100 angelegt, das nicht gesperrt worden ist, und dieser Wellenformer-Übergangsimpuls
wird Uber das Sperrgatter 100 und das OR-Gatter 10G an den Startausgangsanschluß
der Steuerlogik 36 angelegt.
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Wenn schließlich der Ubergangsimpuls des Hilfszählers auf -tritt,
wird er dem monostabilen Multivibrator 96 zugeführt, der ein Signal erzeugt, damit
das Sperrgatter 100 sperrt. Der Übergangsimpuls des Hilfszählers wird auch direkt
an den Eingangsanschluß des Sperrgatters 98 und an einen Eingangsanschluß des AND-Gatters
102 angelegt. Da das Sperrgatter 98 noch sperrt, wenn der Ubergangsimpuls des Hilfszählers
daraii angelegt wird, kann der Ubergangsimpuls des Hilfszählers nicht hindurchfließen.
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Der Übergangsimpuls des Hilfszählers kann jedoch durch das AND-Gatter
102 hindurchfließen, da der Ausgangsimpuls von dem monostabilen Multivibrator 94
noch an den anderen Eingangsanschluß des AND-Gatters 102 anliegt. Dieser 0bergangsimpuls
des Hilfszählers wird somit über das AND-Gatter 102 und das U1 -Gatter 108 an den
Stop-Ausgangsanschluß der Steuerlogik 3() aiigelegt. Wenn in ähnlicher Weise ein
Ubergangsimpuls des Ililfszählers vor seinem entsprechenden Ubergangsimpuls des
Wellenformers auftreten sollte, würde der monostabile Multivibrator 96 einen Ausgangsimpuls
erzeugen, der eine Sperrung des Sperrgatters 100 bewirken würde, während der Ubergangsimpuls
des Hilfszählers durch ein freigegebenes Sperrgatter 98 und OR-Ctter 10G zum Start-Ausgangsanschluß
der Steuerlogik 3G gelangen würde. Der nächste auftretende Übergangsimpuls des Wellenformers
kann nicht durch das sperrende Sperrgatter 100 hindurchfließen, sondern kann durch
das nun angesteuerte bzw.
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durchgeschaltete AND-Gatter 104 und dann durch das OR-Gatter 108 zum
Stop-Ausgangsanschluß der Steuerlogik 36 fließen. Es
sei bemerkt,
daß die spezielle Logikschaltung, wie sie in Figur 3 für die Steuerlogik 36 gezeigt
ist, und die andere Logikschaltung, wie sie in Figur 2 gezeigt ist, lediglich Beispiele
für eine Logikschaltung sind, die für den gewünschten funktionellen Betrieb des
Rückkopplungssignalgenerators 28 für die Ist-Geschwindigkeit vorgesehen sein können,
um die Aufgaben gemäß dieser Erfindung auszuführen.