Einrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Antriebes Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steue rung der Geschwindigkeit eines Antriebes durch Erzeugen einer wegabhängig parabelförmigen Soll wertspannung mittels digitaler Wegmessung.
Bei der Beeinflussung der Geschwindigkeit von An trieben, beispielsweise für Werkzeugmaschinen oder Förderanlagen, wird insbesondere beim Abbremsen oder Umsteuern die Bedingung gestellt, dass der Bremsweg möglichst kurz sein soll und dass ein be grenzter Bremsstrom nicht überschritten wird. Diese Bedingung führt bekannterweise zur Forderung, dass das Bremsmoment konstant ist, oder mit anderen. Worten, dass die Geschwindigkeit linear über der Zeit und parabelförmig über dem Weg abnimmt.
Zur Rege lung von geschwindigkeitsgesteuerten Antrieben wird deshalb eine für die Antriebsgeschwindigkeit mass- gebende Sollwertspannung benutzt, welche während des Abbremsvorganges linear mit der Zeit abnimmt oder in Abhängigkeit vom Weg parabelförmig ist.
Die Regelung mittels einer von der Zeit abhängigen Spannung hat den Nachteil, dass die Einhaltung des Anhaltepunktes bzw. des Wendepunktes nicht genau ist, da der zurückgelegte Weg durch Geschwindigkeits änderungen beeinflusst werden kann, die nicht von der Regelung durch die Sollwertspannung herrühren.
Es ist deshalb vorteilhafter, die Sollwertspannung für die Geschwindigkeitssteuerung in Abhängigkeit vom Weg, also parabelförmig zu erzeugen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Schleifer eines Potentiometers, an welchem die Sollwertspan- nung abgenommen wird, durch eine Kurvenscheibe gesteuert wird.
Den Vorteil grösserer Genauigkeit und leichterer Anpassung an verschieden liegende Wendepunkte und an verschiedene Geschwindigkeiten hat eine bekannte Einrichtung, bei welcher die Erzeugung einer weg abhängig parabelförmigen Sollwertspannung mittels digitaler Wegmessung erfolgt. Aus dem digital ab gebildeten Bremsweg wird eine linear abnehmende Analogspannung hergeleitet, welche durch eine Di- odenschaltung so verzerrt wird, dass sie als"Polygonzug angenähert der verlangten parabelförmigen Spannung folgt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Einrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit von Antrieben durch Erzeugen einer wegabhängig parabel- förmigen Sollwertspannung mittels digitaler Wegmes sung.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass wegab hängig erzeugte Impulse einem Teiler zugeführt sind, der beim Erreichen seines einstellbaren Teilverhält nisses einen Impuls an einen mit dem Ausgang des Teilers verbundenen Zähler abgibt, dessen Stand den auf eine Einheit angenäherten Wurzelwert der Zahl der wegabhängig erzeugten Impulse gibt, wobei zur Bildung der Sollwertspannung der Zähler an einen Digital-Analogumformer angeschlossen ist, und dass der Zähler mit dem Teiler über eine Schaltungsanord nung zur nachfolgenden Übertragung des Standes des Zählers auf den Teiler als neues Teilverhältnis verbunden ist.
Gegenüber der bekannten Einrichtung, durch wel che mittels digitaler Nachbildung des Weges zunächst eine linear abnehmende Analogspannung gebildet wird, die anschliessend zu einem parabelförmigenPolygonzug verformt wird, hat die Einrichtung gemäss der Er findung den Vorteil, einfacher zu sein. Zur Bildung der analogen Sollwertspannung mit parabelförmigen Verlauf muss nicht die gesamte Zahl der wegabhängig erzeugten Impulse erfasst werden, sondern nur deren Wurzelwert. Die Stufung der Sollwertspannung wird dadurch bei gleichem Aufwand entsprechend feiner.
Zudem ist die Stufung über den ganzen Bereich der Steuerspannung gleichbleibend und wird nicht durch eine Diodenschaltung im ungünstigen Sinne verändert. Die Annäherung an die exakte Parabelform ist trotz dem geringeren Aufwand besser als mit einem Poly- gonzug.
In der Einrichtung gemäss der Erfindung wird die Eigenschaft der Parabel ausgenützt, dass der Zuwachs des quadratisch veränderlichen Gliedes proportional dem Wert des linear veränderlichen Gliedes ist. Ins besondere ist für eine Parabel, bei der die Faktoren der veränderlichen Glieder eins sind, der Zuwachs des quadratisch veränderlichen Gliedes doppelt so gross wie der Wert des linear veränderlichen Gliedes. Für eine aufsteigende Zahlenfolge, wie sie durch die Zahl der eintreffenden, wegabhängig erzeugten Im- pulse dargestellt wird, bedeutet dies, dass der auf eine Einheit angenäherte Wurzelwert immer dann um eine Einheit grösser wird, wenn die Zahlenfolge selbst um die doppelte Einheitenzahl grösser geworden ist, als der Wurzelwert gerade beträgt.
In der untenste- henden Tabelle ist dies verdeutlicht. In der ersten Zeile steht eine aufsteigende Zahlenfolge, während in der zweiten Zeile der auf eine Einheit angenäherte ent sprechende Wurzelwert aufgeführt ist.
EMI0002.0005
0
<tb> 1 <SEP> 2
<tb> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 617 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 11 <SEP> 12( <SEP> 13 <SEP> 14 <SEP> 15 <SEP> 16 <SEP> 17 <SEP> 18 <SEP> 19 <SEP> 20
<tb> 0 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb> <I>Tabelle</I> Der Wurzelwert wird jeweils um eine Einheit grösser, wenn die Zahlenfolge von 2 auf 3, von 6 auf 7, von 12 auf 13 usw. springt, das heisst wenn die Anzahl der zum gleichen Wurzelwert gehörenden Einheiten der Zahlenfolge doppelt so gross wie der Wurzelwert geworden ist. Dieselben Überlegungen gelten sinngemäss natürlich auch für eine absteigende Zahlenfolge.
Anhand der Figuren soll die Erfindung beispiels weise näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur Erzeugung einer wegabhängig parabelförmig abnehmenden Sollwert- spannung.
In Fig. 2 ist der Verlauf der erzeugten Sollwert spannung gezeigt.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Zähl- und Teilstufen und der Anordnung zur Übertragung des Zählerstandes.
In Fig. 1 ist mit 1, 2 schematisch der Weg-Impuls- Umsetzer bezeichnet, der die vom Weg abhängigen Impulse erzeugt. Derartige bekannte Umsetzer um fassen beispielsweise als Positionsgeber eine Loch scheibe 1, die mit dem Antrieb in einem starren Verhältnis verbunden ist und die photoelektrisch ab getastet wird. Die durch die Abtastung erzeugten Impulse werden durch einen Impulsformer 2 in für die nachfolgenden Zählschaltungen geeigneter Weise umgeformt.
Die Impulse sind einem Teiler 3, 4 zuge führt, der sich aus einem Zweier-Teiler 3 und einem über die Leitung 5 nachgeschalteten Teiler 4 mit einstellbarem Teilverhältnis zusammensetzt. Wenn die dem eingestellten Teilverhältnis entsprechende Zahl Impulse den Eingang des Teilers 4 durchlaufen hat, wobei die Zahl der vom Weg-Impuls-Umsetzer erzeug ten Impulse doppelt so gross ist, gibt der Teiler 4 über die Ausgangsleitung 6 einen Impuls ab, der dem Eingang des Zählers 7, dessen Stand dem auf eine Einheit angenäherten digitalen Wurzelwert der Anzahl der wegabhängig erzeugten Impulse entspricht, zuge führt ist.
Der Ausgangsimpuls des Teilers 4 ist ebenfalls über ein Zeitglied 8 mit einer Schaltungsanordnung 9 zur Übertragung des Standes des Zählers 7 auf den Teiler 4 als neues Teilverhältnis verbunden. Zu diesem Zweck sind auch die Ausgangsleitungen der einzelnen Zählstufen des Zählers 7 mit der Schaltungsanordnung 9 verbunden, wie auch die Eingänge der entsprechen den Stufen des Teilers 4.
Zur Umformung des digitalen Wurzelwertes in einen entsprechenden Analogwert sind die Ausgänge der Zählstufen des Zählers 7 an einen Digital-Analog- umformer 10 angeschlossen, an dessen Ausgang 11 eine der Sollwertspannung proportionale Analogspan nung erscheint.
Die Einrichtung wird vervollständigt durch eine Setzvorrichtung 12, mittels welcher vor Beginn der Zählung der Zähler 7 und die Teiler 3 und 4 in den erforderlichen Anfangszustand gebracht werden.
Im Hinblick auf die Übertragung des Standes des Zählers 7 auf den Teiler 4 als neues Teilverhältnis ist es vorteilhaft, wenn auch der Teiler 4 nach Art eines Zählers aufgebaut ist, der durch die Schaltungs anordnung 9 jeweils nach Fortschaltung des Zählers 7 auf den gleichen Stand wie dieser Zähler gebracht wird. In diesem Falle ist der Teiler 4, wie in Fig. 1 gezeigt ist, für Rückwärtszählung eingerichtet, so dass der momentane Stand des Teilers durch jeden an seinem Eingang ankommenden Impuls um eine Einheit vermindert wird und der Teiler beim Erreichen des Wertes Null einen Ausgangsimpuls an die Leitung 6 abgibt.
Zur Erläuterung des Zählvorganges ist wie darge legt angenommen, dass eine wegabhängig parabel- förmig abnehmende Sollwertspannung erzeugt wird, wie es beim Abbremsen geschwindigkeitsgeregelter Antriebe der Fall ist. Der Stand des Zählers 7 muss deshalb in Funktion der ankommenden, wegabhängig erzeugten Impulse abnehmen, so dass ein rückwärts zählender Zähler vorzusehen ist.
Wenn die Analog-Sollwertspannung über dem Weg bis zum Wert Null abnehmen soll, so muss zunächst ein Anfangszustand hergestellt werden, der durch die Distanz des Ausgangspunktes, in welchem der Brems vorgang beginnt, bis zum Anhaltepunkt bestimmt ist. Dieser Distanz wird zweckmässigerweise eine solche Zahl wegabhängig erzeugter Impulse zugeordnet, dass der Zähler 7 und Teiler 4 zu Anfang auf den gleichen Stand gebracht werden können. Diese Zahl N ist gegeben durch die Beziehung N - n= -E- n, wenn n der gemeinsame Stand von Zähler und Teiler ist.
Die Impulse nun, die der Weg-Impuls-Umsetzer vom Ausgangspunkt an wegabhängig erzeugt, ver- mindern den Stand des Teilers 4 um eine Einheit bei jedem zweiten Impuls. Bei Erreichen des Wertes Null erscheint in der Leitung 6 ein Fortschaltimpuls, der den Stand des Zählers 1 um eine Einheit erniedrigt. Mit einer zeitlichen Verzögerung, aber bevor der nächste Impuls am Eingang des Teilers 4 ankommt, wird der Fortschaltimpuls an die Schaltungsanordnung 9 zur Übertragung des Standes des Zählers 7 auf den Teiler 4 geleitet, so dass nun entsprechend dem um eine Einheit kleineren Stand des Zählers 7 das neue Teilverhältnis um eins kleiner ist.
Dadurch wird der nächste Fortschaltimpuls nach einer um 2 kleineren Zahl wegabhängig erzeugter Impulse auf die Leitung 6 abgegeben.
In Fig. 2 ist die Ausgangsspannung des Digital- Analogumformers in Funktion der Differenz zwischen einer vorgegebenen Zahl und der Zahl der wegab hängig erzeugten Impulse gezeigt. Diese der Sollwert spannung proportionale Spannung betrage im Aus gangspunkt beispielsweise 10. Dann sind der gesamten Bremsstrecke gemäss der Beziehung N = n2 + n = 110 wegabhängig erzeugte Impulse zuzuordnen. Zähler 7 und Teiler 4 sind beide auf den der Zahl 10 entspre chenden Stand zu bringen. Nach 20 erzeugten Impulsen erreicht der Teiler 4 den Wert Null und gibt den Fortschaltimpuls ab, der den Zähler 7 auf den Wert 9 erniedrigt.
Anschliessend wird durch das Zeitglied 8 und die Schaltungsanordnung 9 auch der Teiler 4 auf diesen neuen Stand mit dem Wert 9 gebracht. Der nächste Fortschaltimpuls wird nach weiteren 18 weg abhängig erzeugten Impulsen abgegeben und bringt den Zähler 7 auf den Stand mit dem Wert 8 usw. Wenn die Geschwindigkeit des Weg-Impuls-Umsetzers, das heisst des Antriebs, der Ausgangsspannung des Digital-Analogumformers nachgeführt ist, verläuft diese Ausgangsspannung über dem Weg gestuft para- belförmig. Es kann zweckmässig sein, durch Zeit glieder oder Strombegrenzung die Stufen noch zu verschleifen.
Zähler, Teiler, Schaltungsanordnungen zur über tragung des Standes eines Zählers, Zeitglieder und Digital-Analogumformer sind in verschiedenen Aus führungsformen bekannt. Beispielsweise können für Zähler und Teiler dekadische Zählanordnungen Ver wendung finden. Besonders vorteilhaft sind Zähler und Teiler, die aus binären Zählstufen aufgebaut sind, wie sie durch bekannte bistabile Kippschaltungen dargestellt werden. In Fig. 1 sind solche Kippschal- tungen schematisch als Zählstufen im Zähler 7 und im Teiler 4 eingezeichnet.
In Fig. 3 ist ein Ausführungs beispiel der in Fig. 1 schematisch gezeichneten Zähl stufen 13 und 19 gezeigt, die mit Transistoren bestückt sind. Die Zählstufen 13 und 19 weisen je zwei pnp- Transistoren auf, die in bekannter Weise durch RC- Glieder vom Kollektor des einem auf die Basis des jeweils anderen Transistors gekoppelt sind, wobei die Kollektoren über Arbeitswiderstände an einer gegen den Nullpunkt negativen Gleichspannung liegen und jede Basis über einen Widerstand an eine positive Vorspannung angeschlossen ist.
Mit 14 bzw. 20 ist der über Dioden mit der Basis beider Transistoren jeder Zählstufe verbundene ge meinsame Eingang bezeichnet, während mit 15 und 16 bzw. 21 und 22 getrennte Eingänge bezeichnet sind. 17 und 18 bzw. 23 und 24 sind die mit den Kollektoren verbundenen Ausgangsleitungen. Durch einen an den gemeinsamen Eingang 14 bzw. 20 angelegten positiven Impuls wird die Schaltung zum Kippen von der einen in die andere Ruhelage gebracht.
Wenn der Kollektor des jeweils ersten Transistors gemäss Fig. 1 mit dem gemeinsamen Eingang der nächsten Zählstufe verbun den ist, das heisst, wenn der Ausgang 17 bzw. 23 der einen Zählstufe mit dem Eingang 14 bzw. 20 der nächsten Zählstufe verbunden ist, bewirken die am Eingang der ersten Zählstufe ankommenden Impulse in der Zählkette eine Rückwärtszählung. Auch der Zweier-Teiler 3 ist mit Vorteil in der gleichen Weise aufgebaut, wobei der " Ausgangsimpuls vom Kollektor des zweiten Transistors der Kippschaltung abgenom men wird, da erst der zweite ankommende Impuls von der Schaltung durchgelassen werden muss.
Die Schaltungsanordnung 9 zur Übertragung des Standes des Zählers 7 auf den Teiler 4 in Fig. 1 um- fasst mit Vorteil eine Anzahl Und -Schaltungen, deren Und -Bedingung durch einen mittels eines Zeitgliedes 8 gegenüber dem Fortschaltimpuls ver zögerten Übertragungsimpuls erfüllt ist.
In Fig. 1 ist demnach jede Ausgangsleitung der einzelnen Zähl- stufen des Zählers 7 mit den Eingängen der Zählstufen des Teilers 4 über c Und -Schaltungen verbunden, an deren Eingängen ebenfalls der Ausgang des mit dem Fortschaltimpuls beaufschlagten Zeitgliedes 8 liegt.
Das Zeitglied 8 kann beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, eine monostabile Kippschaltung sein, deren Kippzeit grösser als die durch den Fortschaltimpuls bewirkte Veränderung des Standes des Zählers 7 sein muss. Anderseits muss die Beeinflussung der Und - Schaltungen und die nachfolgende Verstellung des Teilers 4 beendet sein, bevor am Eingang des Teilers der nächste wegabhängig erzeugte Impuls ankommt.
Bei Verwendung bistabiler Kippschaltungen als Zählstufen lassen sich gemäss Fig. 3 die Und -Schal- tungen besonders einfach gestalten. In der gezeigten Anordnung sind die Kollektoren der Transistoren einer Zählstufe 13 des Zählers über Widerstände mit den getrennten Eingängen der entsprechenden Zähl stufe 19 des Teilers verbunden, und zwar so, dass der Kollektor des ersten bzw. zweiten Transistors der Zählstufe 13 mit der Basis des zweiten bzw. ersten Transistors der Zählstufe 19 verbunden ist. Ferner ist die Ausgangsleitung 26 des Zeitgliedes 8 (vgl. Fig. 1) mit den beiden Eingängen der Zählstufe 19 über Kondensatoren verbunden.
Durch den leitenden Transistor der Zählstufe 13 wird die Basis-Vorspannung des jeweils anderen Transistors der Zählstufe 19 in positiver Richtung verschoben, ohne dass sich jedoch der Schaltzustand der Zählstufe ändert. Durch den vom Zeitglied 8 an- kommenden positiven Übertragungsimpuls wird nun der Transistor mit der in positiver Richtung ver schobenen Vorspannung gesperrt. Falls er leitend war, kehrt die Zählstufe ihren Schaltzustand um und weist dann den gleichen Schaltzustand wie die Zählstufe 13 auf. War dies bereits vorher der Fall, so bleibt der - Übertragungsimpuls ohne Wirkung.
Die Setzvorrichtung 12 in Fig. 1 erzeugt zur Bildung des vor Beginn des Zählvorganges benötigten Standes des Zählers 7 einen Impuls, der an den Eingang der betreffenden Zählstufen geführt ist. Ferner wird ein Impuls an den Eingang des Zweier- Teilers 3 so abgegeben, dass der Teiler erst den zweiten vom Weg-Impuls-Umsetzer ankommenden Impuls durchlässt.
Gleichzeitig gelangt ein Impuls von der Setzvorrichtung 12 an das Zeitglied 8, so dass der gebildete Stand des Zählers 7 wiederur-, auf den Teiler 4 verzögert übertragen wird und demnach zu Beginn des Zählvorganges Zähler und Teiler den gleichen Stand aufweisen.
Mit der beschriebenen Einrichtung gemäss Fig. 1, 2 und 3 wird eine wegabhängig parabelförmig ab nehmende Sollwertspannung erzeugt. Es ist aber auch möglich, zur Steuerung der Beschleunigung des An triebs eine parabelförmig ansteigende, beim Wert Null beginnende Sollwertspannung zu erzeugen. Zu diesem Zwecke ist der Zähler 7 für Vorwärtszählung ein zurichten. Es ist also jeweils in der Zählstufe 13 der Fig. 1 und 3 der mit dem Kollektor des zweiten Transistors verbundene Ausgang 18 mit dem gemein samen Eingang der nächsten Zählstufe zu verbinden. Zudem ist mittels der Setzvorrichtung 12 der Zähler 7 auf null und der Teiler 4 auf eins zu stellen.
Die Übertragung des Standes des Zählers 7 auf den Teiler 4 muss zunächst unterbleiben. Der Zweier-Teiler 3 ist so zu setzen, dass er den ersten ankommenden Impuls durchlässt.