DE2155128A1 - Digitale Phasenkorrektur-Servoanordnung - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weicämahn,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.K.Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

DaIII 8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

<983921/22>

Mandrel Industries, 6909 Southwest Freeway, Houston, Texas,

V.St.v.A.

Digitale Phasenkorrektur-Servoanordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine digitale Phasenkorrektur-Servoanordnung zur Regelung der Phase eines angetriebenen Elementes in bezug auf die Phase eines Eingangssignals.

Eine derartige Anordnung kinn beispielsweise zur automatischen Regelung der Phase eines hydraulischen Vibrators in einem Bereich einer ausgewählten Gradzahl dienen, wobei die Korrekturrate lediglich durch die Ansprechzeit des Vibrators begrenzt ist. Anstelle eines hydraulischen Vibrators zur Erzeugung von seismischen Signalen kann natürlich auch die Phase eines analogen Antriebssignals für verschiedene andere angetriebene Elemente korrigiert bzw. geregelt werden.

209822/0667

Bekannte Anordnungen zur Regelung von Vibratoren, wie beispielsweise hydraulisch betätigte Vibratoren zur Erzeugung von seismischen Signalen, beruhen auf einer analogen Phasenregelung, bei der drei bis fUnf Perioden der Signalzeit erforderlich sind, um die Regelrichtung festzulegen. Bei derartigen analogen Anordnungen ergibt sich eine sehr schlechte Phasenfestlegung bei tiefen Frequenzen. Weiterhin stellt sich die Regelung bei Übergangsunterbrechungen nur || sehr schwer wieder ein.

Weiterhin tritt bei analogen Regelanordnungen eine Überkorrektur eines Phasenfehlers in einem Ausgangssignal auf, da die analoge Regelanordnung selbst in weit größerem Maße als das angetriebene Element eine reaktive Komponente darstellt. Diese Überkorrektur tendiert zur Erzeugung von Oszillationen bzw. Pendelungen. Im Effekt sind verschiedene analoge Regelanordnungen in Vergleich zum angetriebenen Element selbst mit einer geringeren Kompensation behaftet. Weiterhin führen analoge Regelanordnungen lediglich zu einer Regelung des angetriebenen Elementes während des Vorhandenseins des Fehlersignals; die Regelung geht verloren, wenn der Fehler nicht mehr verfügbar ist.

Das vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Servoanordnung der hier in Rede stehenden Art anzugeben, welche frei von Überkorrektur-Effekten ist.

Diese Aufgabe wird bei einer digitalen Phasenkorrektur-Servoanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch

209822/0867

folgende Merkmale gelöst:

einen das Eingangssignal aufnehmenden und ein Antriebssignal für das angetriebene Element liefernden digitalen Speicher, welcher einen Kreis zur Erzeugung eines Bezugssignals mit fester Phasenbeziehung und vorgegebener Zeitverschiebung in bezug auf das Eingangssignal aufweist,

einen an das angetriebene Element angekoppelten Phasendetektor zur Feststellung von Phasendifferenzen zwischen einem vom angetriebenen Element kommenden Ausgangssignal und dem Bezugssignal und zur Erzeugung eines ein Haß für die Phasendifferenzen darstellenden Fehlersignals,

und einen an den Phasendetektor und den digitalen Speicher angekoppelten logischen Kreis zur zeitlichen Verschiebung des auf das angetriebene Element gegebenen Antriebssignals entsprechend der festgestellten Phasendifferenz.

üie erfindungsgemäße Servoanordnung ist also ein digitales Phasenkorrektursystem unter Verwendung eines digitalen Speichers zur Phasenkorrektur eines analogen Antriebssignals. Im Gegensatz zu analogen Servoaneordnungen ist die erfindungsgemäße digitale Servoanordnung nicht mit Überkorrektur-Effekten im Speicher behaftet, da dieser keine reaktive Komponente darstellt.

Das analoge Antriebssignal (im folgenden beispielsweise auch als ilobbelsignal bezeichnet) wird in ein üigitalsignal überführt, das seinerseits in einem digitalen Pufferspeicher ge-

2098??/0867

-A-

speichert wrid. Die minimale Speicherkapazität dieses Pufferspeichers ist groß genug, um eine Periode der kleinsten in Betracht kommenden Frequenz zu speichern (in einem Ausführungsbeispiel 5 Hz). Der Speicher wird in zwei verschiedenen diskreten Zeitpunkten entladen, wobei die resultierenden Signale in zwei getrennte Analogsignale rücküberführt werden. Ein Signal wird in bezug auf die Eingangs-Einspeicherfolge mit konstanter Folgefrequenz ausgespeichert, aber zeitlich um die Hälfte aller Speicherplätze verschoben. Dieses Signal wird als Bezugssignal benutzt. Das andere Signal wird mit einer programmierbaren Folgefrequenz ausgepseichert und als Antriebssignal für das angetriebene Element benutzt.

Die Ausgangs6größe des angetriebenen Elementes (beispielsweise eine Vibrators) wird getastet und mit dem Bezugssignal verglichen, um die Phasenbeziehung zu bestimmen. Jede festgestellte Zeitdifferenz wird in Einheiten der Tastfolgezeit gezählt. Ein Vor- oder Nacheilen der Phase der Ausgangsgröße des Vibrators relativ zum Bezugssignal wird ebenfalls festgestellt. Der di-

» gitale RegelloUgikkreis wird dabei so programmiert, daß das Antriebssignal um die festgestellte Anzahl von Tastungen im Speicher in der richtigen Richtung verschoben wird, um den Betrieb des angetriebenen Elementes so zu korrigieren, daß seine Ausgangsgröße relativ zum Bezugssignal, mit dem es verglichen wird, eine Null-Phasendifferenz aufweist.

Der Phasenfehler zwischen dem Antriebssignal für das angetriebene Element und dem Bezugssignal wird durch den Phasendetektor

209822/0867

festgestellt, welcher ein ein Haß für den Fehler darstellendes Signal an einen Niveaudetektor liefert. Das durch diesen Niveaudetektor gelieferte Signalniveau legt das Ausgangssignal einer Programmatrix fest. Diese Programmatrix bestimmt ihrerseits die Zählrate eines zugehörigen variablen Tastfolgezählgers und zugehöriger logischer Einheiten, d.h., sie bestimmt die Korrekturrate von Phasenfehlern im Antriebssignal. Weiterhin wird durch den Phasendetektor ein Voreil-Nacheil-Signal erzeugt, welches festlegt, ob der variable Tastfolgezähler beschleunigt oder verlangsamt. Der Zähler und die zugehörigen logischen Einheiten steuern den digitalen Speicher derart an, daß das Antriebssignal um die festgestellte Anzahl von Tastungen zwecks Korrektur der Ausgangsgröße des angetriebenen Elementes verschoben wird. Damit wird die Null-Phasendifferenz zwischen dem Antriebssignal und dem Bezugssignal herbeigeführt.

Der Phasendetektor liefert ein Phasenfehlersignal lediglich an den übergangssteilen. Es ist daher eine Fehler-Zahl- und Speicheranordnung vorgesehen, um den Fehler in Einheiten der Speichertastungen zu zählen und die Information zu speichern. Die Korrektur des Phasenfehlers erfolgt dann über den Phasendetektor, den lliveaudetektor, die Programmatrix sowie den variablen Tastfolgezähler und die zugehörigen logischen Einheiten im gesamten Intervall und nicht nur während des Vorhandenseins des Fehlersignals.

Üeitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von /.usführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigt:

- 6 209Ö22/0867

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen digitalen Phasenkorrektur-Servoanordnung für einen seismischen Vibrator;

Fig. 2 ein detaillierteres Blockschaltbild einer Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 1/

Fig. 3, A, 5 und 6 jeweils ein Schaltbild von verschiedenen, in P Fig. 2 in Blockform dargestellten logischen Schaltungen,

welche im einzelnen in der Anordnung gemäß der Erfindung verwendbar sind.

In Fig. 1 ist eine digitale Phasenkorrektur-Servoanordnung 10 gemäß der Erfindung dargestellt, welche zur Regelung und Korrektur der Phase eines analogen Antriebssignals dient, das zunächst als analoges Eingangssignal durch eine analoge Eingangssignal-Quelle 12 geliefett wird. Das von der digitalen Phasenkorrektur-Servoanordnung 10 kommende Antriebssignal wird k über einen Treiberverstürker Io auf ein anzutreibendes Element 14 gegeben. Aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Erläuterung handelt es sich bei dem anzutreibenden Element 14 hier um einen hydraulisch betätigten Vibrator, wie in konventioneller Weise zur Erzeugung von seismischen Signalen für geophysikalische Untersuchungen er benutzt wird. Die Ausgangsgröße eines Vibrators (bzw. eines angetriebenen Elementes) ändert sich in der Phase relativ zur Eingangsgröße mit der Frequenz; Die Erfindungs-/.nordnung stellt daher ein digitales System zur Aufrechterhaltung einer Ausgangsgröße mit konstanter Phase bei sich ändernder Frequenz dar. Dies erfolgt durch Vergleich der Ausgangsgröße

209822/0867

mit einem Bezugssignal und durch Phasenverschiebung des Eingangssignals um den richtigen Betrag zur Korrektur des Phasenfehlers. Der Vibrator 14 besitzt einen Druckstempel 18, welcher fest mit dem Erdboden gekoppelt ist, um eine wirksame Übertragung der Energie vom Vibrator auf den Erdboden zu gewährleisten. Ein mit dem Druckstempel gekoppelter Beschleunigungsmesser 20 dient zur Erzeugung eines Signals, das ein Haß für die Bewegung des Druckstempels 18 und damit des erzeugten analogen Signals ist. Das Signal vom Beschleunigungsmesser 20 wird auf einen doppelten Integrator 22 gegeben, welcher die Beschleunigung in eine Amplitudengröße überführt und ein Ausgangssignal liefert, das ein Maß für die Auslenkung des Druckstempels 18 ist. Dieses Auslenkungssignal wird in eine Stufe 24 zur automatischen Verstärkungsregelung eingespeist, welche ein "Fehler"-Signal mit konstanter Amplitude liefert. Dieses Signal enthält vorhandene Phasenfehler in der Ausgangsgröße des Vibrators. Das von der Stufe 24 zur automatischen Verstärkungsregelung kommende Signal wird gewöhnlich als Fehlersignal bezeichnet. Tatsächlich stellt es die Ausgangsgröße des Vibrators in Form von dessen Auslenkung dar.

Das Fehlersignal, das vorhandene Fehler der Ausgangsgröße des Vibrators 14 relativ zum analogen Eingangssignal von der Quelle 12 enthält, wird auf die digitale Phasenorrektur-Servoanordnung 10 und speziell auf einen Phasendetektor 26 in dieser Anordnung gegeben. Das analoge Eingangssignal von der Quelle 12 wird in eine digitale Phasenschiebereinheit 28 der Servoanordnung 10 und zwar speziell auf einen analogen digitalen Konverter 30 gegeben. Das von der (.,uelle 12 kommende analoge Eingangssignal

2 09822/0867 -8-

wird, wie oben erwähnt, auch als "Wobbelsignal" bezeichnet, da es s. ch beispielsweise um ein sinusförmiges Signal mit konstanter Amplitude und sich linear ändernder Frequenz handeln kann. Der konventionell aufgebaute Analog-Digital-Konv erter 30 überführt das Uobbelsignal in ein Digitalsignal zur Einspeisung in einen digitalen Pufferspeicher 32. Dieser digitale Puffes speicher 32 wird im folgenden einfach als Speicher bezeichnet. Dabei kann es sich um einen konventionellen digitalen Speicher, wie beispielsweise dem von der Anmelderin hergestellten Spei-P eher mit der Typenbezeichnung ASIi-4000 handeln. Dieser Speicher 32, in dem das digitale Signal gespeichert und geeignet verzögert wird, besitzt eine minimale Speicherkapazität, welche zur Speicherung einer Periode der kleinsten in Betracht kommenden Frequenz ausreicht. Bei dem hier diskutierten speziellen Anwendungsfall kann diese kleinste Frequenz beispielsweise in der Größenordnung von 5 Hz liegen. Der Speicher 32 liefert zwei AusgangssignaJ^ welche auf Digital-Analog-Konverter34- bzw. 36 gegeben werden. Der Digital-Analogkonverter 34 liefert ein analoges System für den Vibrator 14 über den Treiberverstärker 16. Der Digital-Analog-Konverter 3ό erzeugt ein analoges Bezugssignal, das relativ zur Eingangs-Einspeicher-Folgefrequenz mit konstanter Folgefrequenz aus dem Speicher 32 ausgespeichert wird; Dieses Signal ist jedoch zeitlich um die Hälfte der gesamten Speicherplätze (bei diecein speziellen Anwendungsfall) verschoben. Dieses das analoge eingangssignal repräsentierende Dezugssignal wird in den Phasendetektor 26 eingespeist. Das Antriebssignal wird mit einer Progrcmmior-Folgefrequenz, welche der gewünschten Rate der Phasenfehlerkorrektur angepaßt ist, aus dem speicher 32 auscjespeichort, was

209872/0867 - ⁹ -

BAO ORIGINAL

im folgenden noch genauer erläutert wird.

üex Phasendetektor 2ό vergleicht die Phase des ankommenden Fehlersignals und des Uezugssignals an den Signalübergangsstellen, d.j. alle loO . Jede festgestellte Zeitdifferenz führt zu einer Folge von Impulsen, deren üreite der Grüße des Phasenfeiilers proportional ist. Dieses rehlersignal wird auf eine digitale Taktsteuerstufe 3ö gegeben. Diese Taktsteuerstufe liefert ein programmiertes Ausgangssignal zur Ansteuerung einer zu der digitalen Phasenschiebereinheit 28 gehörenden Einspeicherund Ausspeicherstufe 40. Das Signal von dieser Einspeicher- und Ausspeicherstufe 40 ist ein Maß für die Korrekturrate des Phasenfehlers in diskreten Prozentwerten und damit ebenfalls proportionlal zur Größe des Phasenfehlers des Vibrators 14. Dieses Signal gibt weiterhin auch ein Voreilen oder Nacheilen des Phasenfehlers relativ zum Bezutjssignal an. Das über den (.ntriebs-Digital-Analog-Konverter 34 gelieferte Antriebssignal wird daher um die festgestellte Anzahl von Tastungen im Speicher 32 in der geforderten Richtung zur Korrektur der Ausgangsgröße des Vibrators 14 verschoben, um eine Null-PhasendifFerenz zwischen den von der Einheit 28 kommenden Signalen (Antriebssignal und Bezugssignal) einzustellen.

Fig. 2 zeigt in Einzelheit der Ausführungsform der digitalen Phasenkorrektur-Servoanordnung 10 gemäß der Erfindung. Sich entsprechende Komponenten der .-.nordnungen nach Fig. 1 und 2 sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Fehlersignal, das die Phasenfehler in der Ausgangsgröße des angetriebenen Elementes repräsentiert, wird an einer Klemme 42

209822/0867 "¹⁰"

- ίο -

in den Phasendetektor 26 eingespeist. Das analoge Eingangssignal wird an einer Klemme 44 in den /\nalog-Digitalkonverter 30 eingespeist. Das von diesem Konverter kommende digitale Signal wird in den Speicher 32 eingegegeben, v/elcher ein Paar von Ausgangssignalen, nämlich eines für den Antriebs-Digital-Analogkonverter 34 und eines für den Bezugssignal-Digitalkonverter liefert. Wie oben erwähnt, wird das zum Antrieb des Vibrators 14 (Fig. l) dienende /ntriebssignal mit programmierba-

fc rer Folgefrequenz aus dem Speicher 32 ausgespeichert. Das Bezugssignal wird relativ zu der Eingangs-Einspeicherfolge mit konstanter Folgefrequenz aus dem Speicher 32 ausgespeichert, jedoch zeitlich, um einen vorgegebenen Teil der gesamten Speicherstellen verschoben. Für den speziellen Anwendungsfall wird das Bezugssignal beispielsweise um 128 msec verzögert; dies entspricht der Hälfte der opeicherstellen des sich hier speziell verwendeten Pufferspeichers 32. Das Bezugssignal repräsentiert daher das an der Klemme 44 eingegebene analoge Eingangssignal und stellt einen festen Bezug dar. Ist im Ausgangssignal des Vibrators keine Phasenverschiebung vorhanden, so

™ wird durch den Phasendetektor 26 kein Fehler festgestellt. Die Auslenkung des Vibrators und das Ausgangssignal sind daher dann in Phase mit dem analogen Eingangsi gnal.

Der Phasendetektor 26 übt zwei Funktionen aus. Erstens stellt er ein Vor- oder Nacheilen des Fehlersignals an der Klemme 42 relativ zu dem vom digitalen analogen Konverter 3ό gelieferten Bezugssignal fest; zweitens liefert er ein Signal, das den festgestellten Phasenfehler zeitlich repräsentiert, d.h. er liefert eine Folge von Impulsen, deren Breite dem Phasenfehler

209822/086 7

proportional ist. Das Phasenfehler-Ausgangssignal wird auf einen gleichspannungs-Integrator 4o gegeben, v/elcher eine Gleichspannung in Form eines Sägezahns liefert. Diese Gleichspannung ist proportional zum Phasenfehler, d.h. es handelt sich um ein Gleichspannungssignal, dessen Wert proportional zur Größe des Phasenfehlers ist. Das Ausgangssignal des Gleichspannungsintegrators 46 wird auf einen Gleichspannungsverstärker 58 gegeben, in dem das Signal verstärkt und auf einen Niveaudetektor 50 weitergeleitet v/ird.

Dieser Niveaudetektor 50 stellt den Uert des durch den Gleichspannungs-Integrator 46 erzeugten und durch den Verstärker 43 verstärkten Gleichspannungssignals fest. Speziell stellt der Niveaudetektor 50 den Viert der Spannung an drei Stellen längs des Sägezahns fest. Ein erster Signalwert A liegt etwas höher als der VJert Null (beispielsweise 5 Ά Frequenzänderung des fäilersignals). Ein zweiter Signalwert U ist auf den Hittelwert eingestellt (20 /ί Frequenzänderung). Ein dritter Signalwert C ist auf den Maximalwert eingestellt (50 '/>> Frequenzänderung). Daher führt der Signalwert A zu einer Phasenfehler-Korrekturrate von 5 %, der Signalv/ert B zu einer Korrekturrate von 20 /ö und der Signalwert C zu einer Korrekturrate von 50 %. Der Niveaudetektor 50 liefert daher ein Ausgangssignal auf einer von drei Ausgangsleitungen, das jeweils einem der drei Signalwerte des durch den Gleichspa nnungs-Integrator 46 erzeugten Sägezahns entspricht. Diese Ausgangssignale werden auf eine liatrixgatterstufe 52 gegeben.

V/ie oben schon ausgeführt, liefert der Phasendetektor 26 wei-

209822/0867 "¹²-

terhin ein Signal, das ein Vor- oder Nacheilen der Phase der Vibratorausgangsgrb'ße relativ zur Phase des üezugssignaJs anzeigt. Dieses Voreil-Nacheil-Signal ist ein Impulssignal, das dem vom Phasendetektor 26 geliefertenFehlersignal ähnlich ist. Es führt einen kleinen oder großen Signalwert auf einen (nicht dargestellten) Schalter, welcher ein- oder ausgeschaltet wird. Dieses Voreil-Nacheil-Signal wird ebenfalls auf die Matrixgatterstufe 52 gegeben,was im folgenden noch genauer erläutert wird.

Das Phasenfehlersignal vom Phasendetektor 26 wird weiterhin als Fehler-Aufwärtszähl-Auslösesignal auf eine Fehler-Zahl- und Registerstufe 54 gegeben. Weiterhin wird ein Aufwärts-Taktsignal auf die Stufe 54 gegeben, das diese Stufe mit der Grundtastfolge des Speichers 32 taktet. Das Fehler-Aufwärtszähl-Auslösesignal löst also für die Dauer des Phasenfehlers eine Zählung in der Fehler-Zahl- und Registerstufe 54 aus, d.h., diese Stufe zählt aufwärts, bis die Fehlerimpulse enden. Die Zählungen, welche in einem Registerteil der Stufe 54 gespeichert werden, sind ^ gleich der Zählzeit der Speicherstellen in Einheiten von Speichertastungen bzw. Speicherstellen. Diese Einheiten sind durch die Aufwärts-Takt-Zählungen gegeben, welche von der gleichen Quelle kommen, die auch einen im folgenden noch zu beschreibenden Einspeicherzähler für den Speicher taktet. (Die Tastfolge des Speichers 32 ist als die Zeit definiert, die zur Verschiebung von einer Speicherstelle zur nächsten Speicherstelle benötigt wird; diese Zeit ist in der Servoanordnung 10 eine konstante).

- 13 209827/O86 7

Hinsichtlich der Funktion der Fehler-Zahl- und Registerstufe 54 ist zu bemerken, daß der Phasendetektor 26 die Phasendifferenz zwischen dem Fehlersignal und dem Bezugssignal lediglich wäliend der Übergangspunkte feststellt, d.h. die Phase wird alle 180 geprüft, Eine Fehlerinformation ist daher lediglich während des Zeitintervalls verfügbar, in dem der Fehler durch den Phasendetektor 26 festgestellt wird. Mit anderen Worten, ist die Fehlerinformation also alle 190 verfügbar. Da jedoch die Stufe 54 denFehler in Form von Speicherstellen zählt, und diese Information speichert, wird die Fehlerzählung im gesamten Periodenintervall geliefert. Die Phasenfehlerkorrektur kann daher im gesamten Intervall und nicht nur während der Fehlersignaldauer durchgeführt werden.

Wie oben ausgeführt, erhält die Matrixgatterstufe 52 zwei Eingangssignale, nämlich das Voreil-Nacheil-Signal vom Phasendetektor 26 und eines der drei Niveausignale vom Niveaudetektor 50, ifilt der Phasenfehler der Ausgangsgröße des Vibrators vor, so wird dieser Zustand durch das Voreil-Nacheil-Üignal angezeigt. In fiatrixgatterkreisen 52 werden verschiedene Gatter als Funktion des Niveausignals und des Voreil-Nacheil-Signals wirksam geschaltet, um ein Ausgangssignal an einem von sieben Siganlausgängen zu erzeugen. Dieses Signal ist nicht nur ein Maß für die Phasenfehlerrichtung (Vor- oder Nacheilung) sondern auch ein fiaß für den vom Niveaudetektor 50 festgestellten GleichspD nnungswert. Die letztere Größe bestimmt die Phasenfehler-Korrekturrate in der digitalen Servoanordnung.

Uie iiatrixgatterstufe 52 ist über mehrere Ausgangsleitungen

20932?/0867 " ¹⁴"

d.h. im Beispiel 7, an eine Speicherprogrammatrix 56 und Über weitere Ausgangsleitungen (im Beispiel 3) an eine Registerprograramatrix 58 angeschaltet. Die letztgenannte Matrix 58 liefert ein Programm-Ausgangssignal auf einen variablen Korrekturfolgezähler 60, welcher ein Abwärtstatksignal auf die Fehler-Zahl- und Registerstufe 54 gibt. Die Speicherprogrammmatrix 46 liefert ein Programm-Ausgangssignal auf einen variablen Tastfolgezähler 52, welcher seinerseits an einen Antriebsk signal-Ausspeicherzähler 64 angekoppelt ist. Ein Grund-Tastfolgezähler 66 ist an einen Einspeicher-Zähler 68 und an einen Bezugssignal-Ausspeicherzähler 70 angeschaltet. Über eine Klemme 72 wird ein Taktsignal in den variablen Tastfolgezähler 62 und den Grund-Tastfolgezähüer 66 eingespeist. Die Zählung vom variablen Tastfolgezähler 62 wird als Takt auf den variablen Korrekturfolgezähler 60 gegeben, während die Zählung vom Grund-Tastfolgezähler 66 wie oben beschrieben als Aufwärtstaktsignal auf die Fehler-Zäahl- und Registerstufe 54 gegeben wird.

Die Ausgangssignale der Zähler 64, 68, 70 werden auf eine Adres sengattereinheit 74 gegeben, welcher ihrerseits die Taktsignale für den Speicher 32 liefert. Das Signal vom Bezugssignal-Ausspeicherzähler 70 dient zur Ausspeicherung des Zählers und zur Erzeugung des Bezugssignals, während der Antriebssignal-Ausspeicherzähler 64 zur Ausspeicherung des Zählers zwecks Erzeugung des Antriebssignals für den Vibrator 14 dient.

Die Speicherprogrammatrix 56 liefert vier Grundprogramme zur Programmierung des variablen Tastfolgezählers 62. Eines dieser

209822/0867 " ¹⁵"

Programme ist ein Grundprogramm, das für eine Grundzählfolge sorgt, wenn in der Ausgangsgröße des Vibrators ein Null-Phasenfehler vorhanden ist. Das Grundprogramm wird auf den variablen Tastfolgezähler 62 gegeben, um diesen ebenso wie den Grund-Tastfolgezälher 66 mit der Grundzählfolge zu takten. Drei weitere Programme vergrößern die Zählfolge des variablen Zäh-1 ers 62, um den Korrekturfolgeprozentsatz, welcher durch die vom Niveaudetektor 50 gelieferten Signalniveaus bestimmt ist. Die drei verbleibenden Programme vermindern die Zählfolge des variablen Zählers 62 um eine entsprechende Anzahl von Korrekturfolgeprozentsäzten entsprechend den drei Erhöhungsprogrammen. Die Speicherprogrammatrix 56 liefert also ein Ausgangssignal, das die Folge bestimmt, mit welcher der variable Zähler 62 zählt. Üb der Zähler 62 schneller oderlangsamer als der Grund-Tastfolgezähler 66 zählt, wird durch das von der liatrixgatterstufe 52 gelieferte Voreil-Nacheil-Signal festgelegt.

Die Registerprogrammatrix 50, welche der Speicherprogrammrnatrix 56 entspricht, liefert mehrere Programme (im Beispiel 3), von denen eines in den variablen Korrekturfolgezähler 00 eingespeist wird. Das spezielle Proyramm-/.usfjangssignal wird durcn den Korrekturfolgeprozentsatz bestimmt, mit dem der Niveaudetektor 50 und die liatrixgatterstufe 52 den Phasenfehler korrigieren. Die Uegisterprogrammutrix 58 legt zusammen mit dem vom variablen Zähler 52 kommenden Takt fest, wie viel Taktzählungen gezählt werden, bevor der variable Korrekturfolgezähler 60 ein Abwürtstatktsignal erzeugt, das seinerseits auf die Fehler-Zahl- und Uegisterstufe 54 gegeben wird, damit diese

- 16 -

209822/0867

BAD ORiGlNAt

- ιό -

um eine vorher gespeicherte Fehlerzählung herunterzählt. Die Anzahl der Taktzählungen vor der Einspeisung eines Abwärtstaktsignals in die Stufe 54 ist daher durch das spezielle Programm festgelegt, das als Funktion des entsprechenden Korrekturfolgewertes, welcher durch die iiatrixgatterstufe 52 in der Registerprogrammatrix 53 ausgewillt wird, in den variablen Korrekturfolgezähler 60 eingespeist wird.

Die Speicherprogrammatrix 56 und die Registerprogrammatrix 58 Üben im wesentlichen die gleiche Funktion aus, d.h., die Matrix 55 ruft eine Änderung der Zählfolge im Zähler 62 hervor, während die Registerprogrammatrix 53 zu einer änderung in der Zälilfolge führt, mit der die Fehlerzählungen in der Fehlerzähl- und Registerstufe 54 abgezählt werden.

Die vom variablen Zähler 52 in den Antriebssignal-Ausspeicherzähler 64 überführte Zählfolge wird entweder vergrößert oder vermindert, um die Geschwindigkeit, mit welcher der Speicher das auf den Vibrator 14 gegebene Antriebssignal ausspeichert, * entsprechend zu vergrößeren oder zu verkleinern. Die Geschwindigkeit des Vibrators 14 wird daher vergrößert oder verkleinert, um Phasenidifferenzen zu kompensieren, welche zu dem Phasendetektor 26 festgestellt werden.

Die Phasenfehlerkorrektur läuft solange weiter, bis die Fehler-Zahl- und Speicherstufe 54 auf Null heruntergezählt hat, wonach dann ein Null-Klemmsignal auf den Gleichspannungs-Integrator 46 gegeben wird, um diesen auf einen vorgegebenen Gleichspannungswert zu klemmen. Der Nieveaudetektor 50 bewirkt dann, daß die

209822/0867 _₁₇_

ilatrix-gatterstufe 42 das Grundprogramm in den variablen Zähler 62 einspeist. Der Zähler 62 zählt mit der gleichen Zählfolge wie der Grundzähler 66_r wodurch angezeigt wird, daß in der Ausgangsgröße des Vibrators 14 kein Phasenfehler mehr vorhanden ist.

In der erfindungsgei.iäßen Anordnung ist weiterhin eine Zähler-Voreinstellstufe 76 vorgesehen, welche an den /.ntriebssignal-Ausspeicherzähler 64 angekoppelt ist. Der Vorgang der Einstellung dieser Zähler-Voreinstellstufe 76 umfaßt die Erzeugung und Anzeige des Phasenfehlers in Form von Speicherstellen bzw. Speichertastungen in der Fehler-Zahl- und Registerstufe.54. Dabei wird der maximale Fehler am Beginn einer zu diesem Zweck durchgeführten Test-Hobbel-Geländeuntersuchung durch Anzeige in der Ütufe 54 von einer Dedienungsperon festgestellt. Die ServoanordnunglO wird dabei durch Voreinstellung des Antriebssignal-Zusspeicherzälilers 64 auf die angezeigte Anzahl von Speicherstellen über die Zähler-Voreinstellstufe 76 auf eine minimale Anfangsphasenverschiebung voreingestellt. Zur Einstellung des Vor- oder Nacheilens des Phasenfehlers ist ein Schalter vorgesehen, wodurch das Servo-Antriebssignal und damit der Vibrator phasenrichtig ausgelöst werden. Die Zähler-Voreinstellstufe 76 wird im folgenden anhand von Fig. 6 noch genauer erläutert.

Üio Anordnung nach Fig. 2 stellt ein kompliziertes Servosystem wit einer Vielzahl von Programmen zur Abstimmung der Korrekturfolge auf die Größe des Phasenfehlers dar. Dabei ist die

- 18 -

- 13 -

Zahlfolge des variablen Tastfolgezählers 62 ebenso wie die des variablen Korrekturfolgezählers όΟ in einer Vielzahl von Korrekturfolgeschritten variierbar. Es ist iiierzu zu bemerken, daß im Rahmen der Erfindung aucii verschiedene andere weniger komplizierte, jedoch in gleichem ^Maße praktische . jervoanordnungen realisiert werden können. Beispielsweise kann gemäß einer Alternative der fjiveaudetektor 50 fehlen, wobei der Gleichspannungs-Integrator 4ό als LadekapaziiJt wirkt. Dabei

fe erfolgt die Korrektur über die üatrixgatterstufe 52 und die Programmatrizen 5ό und 5(3, wenn sich die Kapazität entlädt. Gemäß einer weiteren /.usführungsform können drei Programme über die Speicherprogrammatrix 56, nämlich ein Grundprogramm, ein Voreilungsprogramm und ein Nacheilungsprogramm, vorgesehen werden. Die beiden letztgenannten Programme bewirken dabei, daß der variable Tastfolgezähler 62 mit konstanter Folgefrequenz aufwärts oder abwärts zählt. Bei einer derartigen Ausführungsform sind die Fehler-Zahl- und Registerstufen 54 und der Gleichspannungs-Integrator 46 nicht erforderlich. Eine derartige Anordnung korrigiert Phasenfehler nur bei Vorhandensein

ρ eines Fehlers und arbeitet auf dem Prinzip von Servoanordnungen, welche in der Servotechnik als reine "Nullsuch-Servoanordnungsn" bekannt sind.

In den Fig. 3-6 sind Schaltschemata von logischen Schaltungen für verschiedene Kreise der /inordnung nach Fig. 2 dargestellt, welche im Rahmen der Erfindung mögliche Ausführungsformen derartiger Kreise darstellen.

- 19 -

209S22/O867

Fig. 3 zeigt in Verbindung mit den Fig. 4-6 den Phasendetektor 26 mit dem Eingang fUr das Bezugssignal und dem Hingang für das Fehlersignal. Diese Signale werden auf einen Verstärker 80 bzw. 32 gegeben, welcher jeweils ein rechteckförmiges ^usgangssignal liefert, das auf die entsprechenden Ausgangssignale (Bezugssingal - bzw. Fehlersignal) abgestimmt ist. Diese rechteckförmigen Ausgangssignale, welche mit etwa vorhandenen Phasenfehlern behaftet sind, werden auf einen Phasendetektorkreis 83 gegeben, der generell durch ein Oder-Gatter 86, Inverter 84 und 85 sowie mehrere Flip-Flops 88 gebildet wird. Das Ausgangssignal des Phasendetektorkeises 83 besteht aus zwei Signalen gleicher Polarität, welche ein Haß für ein Voreilen oder Nacheilen des Fehlersignals relativ zur Phase des Bezugssignals sind. 'Das Voreilsignal und das Nacheilsignal werden über eine Leitung 94 bzw. 92 auf einen Differentialverstärker 90 in Form eines großen bzw. kleinen Signals der gleichen Polarität gegeben. Dieser Differentialverse-tärker überführt das große bzw. kleine Signal in ein positives bzw. negatives Ausgangssignal, das jeweils anzeigt, ob der Phasenfehler dem Bezugssignal voreilt oder nacheilt. Wenn also die "Nacheil-Leitung" 92 hoch liegt, so erzeugt der DifferentLalverstärker ein Ausgangssignal negativer Polarität, das ein Maß für einen Nacheil-Phasenfehler ist. Liegt die "Voreil-Leitung" 94 lief, so liefert der üifferentialverstärker ein Äusgangssignal positiver Polarität, das ein Maß für einen voreilenden Phasenfehler ist.

Das /»usgangssignal des Phasendetektors 26 wird auf den Gleichspannungs-Integrator 46 gegeben, welcher mechanisch betätigbare

2Ö932P/0867 -20-

Schalter 92 mit verschiedenen Schalterstellungen enthält, wobei Kapazitäten mit unterschiedlichen Kapazitätswerten in die Schaltung eingekoppelt werdenjkönnen. Die "hohe" Schaltstellung des Schalters 92 enthält keine Kapazität, so daß das Ausgangssignal des DifferentialVerstärkers direkt in den Gleichspannungsverstärker 48 eingespeist wird. Bei der "mittleren" und "tiefen" Schaltsteüung des Schalters 92 liegt eine kleine bzw. große Kapazität im Kreis, so daß der erzeugte Spannungs-Sägezahn einen vorgegebenen Anstieg erhält; damit ergeben sich unterschiedliche " Ladungsmengen, bei denen ein nachfolgender Schwellwertdetektor eingeschaltet wird.

Das Ausgangssignal des Gleichspannungs-Integrators 4ό wird auf einen Gleichspannungsverstärker 94 gegeben, welcher die Verstärkung des Kreises erhöht und damit eine Regelung der Empfindlichkeit der Schleife möglich macht. Ein Gleichrichterkreis 96 nimmt das verstärkte Signal auf und überführt es in ein Signal mit lediglich negativen Werten. Daher ist das in den Niveaudetektor 50 eingespeiste Signal polaritüts-A unabhängig, so daß dieser Detektor nur die Grüße des Spannungswertes, und nicht die Polarität feststellen muß. Der Niveaudetektor 50 enthält mehrere Vergleichsstufen 98, welche als Schalter wirken. Am Eingang der Vergleichsstufen 9ü liegt jeweils ein Bezugswert-Einstellzweig 100, wodurch eine Folge von Bezugswerten bzw. Spunnungsschwellv/erten eingestellt wird. Daher schaltet ein zunehmendes, vom Gleichspannungsverstärker 48 kommendes Spannungssignal die Vergleichsstufen 98 aufeinanderfolgend durch, wenn die zunehmende Spannung jeweils in den Bereich der von dem Uezugswert-Einstellzweig IUO

209857/0867 .,_χ

eingestellten Spannungsschwellwerte gelangt. Ein Signalniveau i\ führt dabei zu einem Ausgangssignal, das einer Phasenfehler-Korrekturrate von 5 /i entspricht; ein Signalniveau B entspricht einer Korrekturrate von 25 % und ein Signalniveau C einer Korrekturrate von 50 )i.

Die Voreil- und Nacheilleitung 94 bzw. 92 ist weiterhin an ein Oder-Gatter 102 angeschaltet, das ein Ausgangssignal liefert, wenn entweder ein Voreilsignal oder ein Nacheilsignal auf den Leitungen 94 und 92 vorhanden ist. Das Ausgangssignal dieses Oder-Gatters ist das Fehler-Aufwärtszähl-Auslbsesignal, das auf die oben erwähnte Fehler-Zahl- und Registerstufe 54 (im einzelnen in Fig. 5 dargestellt) gegeben wird.

Bei dem im Gleichspannungsverstärker 48 (und zwar durch dessen Verstärker 94) erzeugten Voreil-Nacheil-Signal handelt es sich - wie oben schon ausgeführt - um ein logisches Signal, das entweder einen hohen oder einen niedrigen Signalwert besitzt. Der hohe Signalwert zeigt dabei an, daß ein Voreil-Phasenfehler vorhanden ist, während ein niedriger Signalwert einen relativ zum Bezugssignal Nacheil-Phasenfehler anzeigt. Dieses Voreil-Nacheil-Signal wird auf die Mtrix-Gatterstufe 52 gegeben, für die eine Ausführungsform in Fig. 4 im einzelnen dargestellt ist.

Das oben im Zusammenhang mit der Fohler-Zähl- und Registerstufe 54 (siehe Fig. 5) erwähnte Hull-Klemmsignal wird auf den Gleichcpannungs-Integrator 46 (Fig. 3), und zwar speziell

- 22 -

209822/0867

auf einen Schalter 104 gegeben, welcher einen Feldeffekttransistor enthalt. Dieser Schalter 104 ist hinter dem Schalter 92 in den Kreis des Gleichspannungs-Integrators 46 engeschaltet. Wenn die Fehler-Zahl- und Registerstufe 54, auf Null herunter gezählt hat, so erzeugt sie zu diesem Zeitpunkt - wie oben erwähnt - ein /.usgangssignal, welches das Null-Klemmsignal darstellt. Dieses Klemmsignal wird auf den Feldeffekt-Transistor-Schalter 104 gegeben, wodurch das vom Phasendetektor 26 gelieferte Fehlersignal auf Hasse geklemmt wird. Der Niveaudetektor 50 speist dann das Grundprogramm Über die Matrixgatterstufe 52 und die Speicherprogrammatrix 56 in den variablen Tastfolgezähler 62 ein, wodurch angezeigt wird, daß in der Ausgangsgröße des Vibrators 14 ein Null-Phasenfehler vorhcnden ist.

Unter Bezugtthme auf Fig. 4 in Verbindung mit den Fig. 3, 5 und 6 werden nunmehr Ausführungsformen der Hatrixgatterstufe 52, der Speicherprogrammatrix 56, des variablen Tastfolgezählers und des Grund-Tastfolgezählers 66 nach Fig. 2 beschrieben. Die durch den Niveaudetektor 50 nach Fig. 3 gelieferten Spannungswerte A, B und C werden zusammen mit dem Voreil-Nacheil-Signal auf die Hatrixgatterstufe 52 gegeben. Es sei bemerkt, daß das Voreil-Nacheil-Signal in Fig. 2 aus GrUnden der Übersichtlichkeit als vom Phasendetektor 26 kommend dargestellt ist; tatsächlich wird dieses Signal jedoch Über den Gleichspannungsverstärker 43 erzeugt, wie dies aus Fig. 3 hervorgeht.

Das Voreil-Nacheil-Signal wird auf einen Operationsverstärker 106 mit hoher Verstärkung gegeben, welcher als empfindlicher

209022/0867 -23-

Schalter wirkt. Dieser Verstärker wirkt also so, daß er schon durch ein kleines Eingangssignal in seinen leitenden Zustand getriggert wird. Daher führt ein großes Voreil-Nacheil-Signal zu einem /,usgangssignal einer Polarität am Verstärker 106, während ein kleines Voreil-Nacheil-Signal zu einem Ausgangssignal der anderen Polarität führt. Diese Signale werden auf einen Inverter 108 gegeben, welcher entweder "Voreil¹¹- Und-Gatter 110 oder "Nacheil"-Und-Gatter 112 ansteuert. Diese Gatter 110 und 112 bewirken eine Abnahme oder eine Zunahme der von einem Zähler 113 des variablen Tastfolgezählers 62 (über die Speidierprogrammatrix 56) gelieferten Zählung, was durch einen Voreil- oder Nacheil-Phasenfehler bestimmt wird.

Die Korrekturrate ist durch die Spannungswerte A, 13 und C festgelegt, welche auf entsprechende Und-Gatter 114 gegeben werden. Diese Gatter sind ihrerseits über Inverter 115 an die Und-Gatter 110 und 112 angekoppelt. Wie dargestellt, sind die Ausgangssignale der Voreil- und Nacheil-Gatter 110 und 112 in Form von Korrekturprozentsätzen des Phasenfehlers definiert; d.h., diese Ausgangssignale wählen über die Speicherprogrammmatrix 56 ein Programm aus, das gemäß Fig. 4 an den Ausgängen der Matrixgatterstufe 52 einer Abnahme der Zählfolge des variablenTastfolgezählers 62 um 50 %, 20 % oder 5 % bzw. einer Zunahme der Zählfolge um 5 /«, 20 % oder 50 % entspricht. Das Null-Ausgangssignal der iiatrixgatterstufe 52 kommt von einem Und-Gatter 116, das mit seinem Eingang an alle drei Ausgänge der Und-Gatter 114 angeschaltet ist und das Grundprogramm in den variablen Tastfolgezähler 62 einspeist. Dieses Grundprogramm

- 24 -

209022/0867

taktet den Zähler 62 mit der gleichen Zählfolge, wie der des Grund-Tastfolgezälhers 66, wodurch ein fehlender Phasenfehler in der Ausgangsgröße des Vibrators angezeigt wird.

Wie Fig. 4 zeigt, sind in der Speicherprogrammatrix 56 sieben Programme rei^aisiert, welche durch die /\usgangssignale der Matrixgatterstufe 52 ausgewählt werden kJnnen. Diese Auswahl hängt von der Größe des Phasenfehlers und von einem Voreilen oder Nacheilen der Phase relativ zum Bezugssignal ab. Zu diesem Zweck sind in der Speicherprogrammatrix 56 ein i-20-Programm entsprechend dem Null-Phasenfehler (Grundprogramm), ein -t- 21-Programm entsprechend einer 5 /2igen Abnahme in der Zählfolge, ein -f 25-Programm entsprechend einer 20 Jbigen Abnahme dieser Zähl folge und ein *- 40-Programm entsprechend einer 50 /Sigen Abnahme in der Zählfolge des variablen Tastfolgezählers 62 realisiert. Für jede der drei letztgenannten Programme ist das Ausgangssignal des Zählers 113 entsprechend vermindert, um die gewählte Zählfolgenänderung fUr den Antriebssignal-Ausspeicherzähler 64 zu realisieren. * Eilt der Phasenfehler nach, so wird über die "Voreil"-Gatter 112 ein ·+ 19-Programm für eine um 5 % schnellere Zählfolge im variablen Tastfolgezähler 62, ein ~t- 15-Programm für eine 20 /oige Zunahme und ein A- 10-Programm für eine 50 /-ige Zunahme in der Korrekturrate des Phasenfehlers realisiert.

Wie Fig. 4 weiterhkin z/eigt, wird das liaupttaktsignal nach Fig. 2 über eine Klemme 72 auf den Zähler 118 gegeben. Dieses iiaupttaktsignal wird weiterhin in eine Folge von Flip-Flops

ÜÜ98P2/0867

eingespeist/ welche den Grund-Tastfolgezähler 66 bilden. Das gemäß Fig. 2 das /usgangssignal des Zählers 66 bildende ^1lGrundzählungs"-Signal wird über Und-Gatter 122 und 124 geliefert, wobei das letztere als Inverter wirkt. Das Ausgangssignal des Zählers 66 wird in den Einspeicherzähler 68 eingegeben und dient zur Einspeicherung in dem Speicher 32 und zur Ausspeicherung des Bezugssignals aus diesem Speichexjmit konstanter Folgefrequenz. Es ist zu bemerken, daß das Haupttaktsignal ebenso wie das Grundzühlungssignal vom Grund-Tastfolyezühler όό und das variable Zählungssignal vom variablen fastfolc;czähler (52 ein relativ breiter Impuls ist. Weiterhin sind in an sich bekannter l/eise auch höherfrequente Taktsignale vorhanden, welche zur Zeittaktung von weiteren Komponenten, beispielsweise bei der Adressierung des Speichers 32, des Analog-Digital-Konverters 30, der Digital-Analog-Konverter 34 und 36, der Adressengatter 74, u.s.w., dienen.

/.m Ausgang der iiatrixgatterstufe 52 erscheinen drei Ausgangssignale, welche einer nnde-frung der Korrekturrate von 5 %, 20 ','■> und 50 ',*> entsprechen. Diese Ausgangssignale sind mit ♦ 20, 4- 4 bzw. ■%■ 2 bezeichnet. Sie werden auf die Registerprogrammatrix 58 gegeben.

Gemäß Fig. 5 in Verbindung mit den Fig. 3, 4 und 6 ist die Feiiler-Zähl- und Registerstufe 54 an den variablen Korrekturfolgezähler 60 und die Registerprogrammatrix 58 angeschaltet.

bus vom Oder-Gatter 102 des i'hasendetektors 26 gelieferte

- 26 209822/0867

Fehler-Aufwärtszähl-Auslösesignal wird in ein Und-Gatter 126 eingespeist, das weiterhin ein Aufwärtstaktsignal vom Grundtastfolgezähler 66 erhält. Hit anderenV/ort-en handelt es sich bei dem Aufwärtstakt-Eingangssignal für die Fehler-Zahl- und Registerstufe 54 um das Grundzähl-Ausgangssignal des Zählers 66, Wenn ein Phasenfehler vorhanden ist, wird also ein Voreil- oder Hacheil-Signal über das Oder-Gatter 102 in das Und-Gatter 120 eingespeist, um dieses durchzuschalten. Damit können auch die /.ufwärtstaktimpulse Über das Und-Gatter 126 gelangen, um ein Register 128 während der Zeitperiode, in der das Fehlersignal vorhanden ist, aufwärts zu takten. Wie oben in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde, zählt das Register also um eine Anzahl von Zählungen, welche gleich der Dauer der vom Phasendetektor 26 gelieferten Fehlerimpulse ist. Die Zählungen im Register 123 sind also gleich der Zählzeit von Speicherstellen in Einheiten, von Speichertastungen. An die Speicherstellen des Registers 128 ist ein Und-Gatter 130 angekoppelt, das bei Auffüllung des Registers einAbschalt-Eingangssignal auf das Und-Gatter 126 gibt. ™ Ein niedriger Signalwert vom Und-Gatter 130 verhindert damit, daß weitere Zählungen Über das Und-Gatter 126 in das Register 128 eingegeben werden, wodurch ein Verlust an Zählungen im Register vermieden wird.

Wie anhand von Fig. 2 erläutert wurde, wird im Register 123 während des Phasenfetilerkorrekturvorgangs mit einer Zählfolge zurückgezählt, welche durch die Matrixgatterstufe 52 als Funktion des Signals vom Niveaudetektor 50 und durcii Program-

- 27 209322/0867

mierung durch die Registerprogrammatrix 58 festgelegt ist. Wie Fig. 5 zeigt, ist in d*er Hatrix 58 ein ■+ 2-Programm, ein ■*- 4-Prograinra und ein + 20-Programm realisiert, von denen eines zur Festlegung der Folgefrequenz ausgewählt wird, mit der das /abwärtstaktsignal von einem Zähler 132 über ein Und-Gatter 134 in das Register 128 eingespeist wird. Der Zähler 132 wird durch die Grundzählung, \elche über ein Gatter 135 vom Grund-Tastfolgezähler 66 (Fig. 2) geliefert wird, und durch einen auf ein Gatter 135 und ein Gatter 134 gegebenen Abwärtszühl-Auslöseimpuls getaktet.. Damit wird die Folgefrequenz, mit der das Register 128 abwärts getaktet wird, durch das über das Ausgangssignal der Matrixgatterstufe 52 ausgewählte Matrixprogramm geregelt. Diese Folge ist durch den speziellen Signalwert festgelegt, auf dem der Signalwertdetektor 50 arbeitet. Wenn ein Phasenfehler korrigiert wird, ist das Und-Gatter 134 immer durchgeschaltet, um das Register 128 abwärts zu takten.

Ein über eine Ausgangsleitung 139 an das Register 128 angeschalteter Flip-Flop 138 dient zur Aufrechterhaltung einer Zählung in der Schaltung, um möglich zu machen, daß die Abwärtstaktung beninnen kann, nachdem das Register 120 auf Null !«runter getaktet ist. üas /iUsgangssignal des Flip-Flops 130 wird auf einen Eingang des Und-Gutters 134 gegeben.

Zur Feststellung, ob das Register 120 auf Null herunter zählt, sind mehrere Gatter 140 vorgesehen. In dem Zeitpunkt, in dem dieser !'cdi eingetreten ist, liefern diese Gattern über einen

2Q9827/0Ö67

- 20 -

Inverter 142 ein Ausgangssignal, welches das oben in Verbindung mit den Fig. 2 und 3 genannte Null-Gatter darstellt. Dieses von den Gattern 140 kommende Null-Klemmsignal macht den Flip-Flop 138 frei. Bei dem in das Register 12G eingespeisten Rückstellsignal handelt es sich um ein ilaupt-Rückstellsirjnal für die gesamte Anordnung, wie es in konventioneller Weise in logischenSchaltungen verwendet wird. Dies gilt für alle Rückstellsignale in der Sevrj>anordnung 10.

P An das Und-Gatter 126 ist eine Voreinstell-Testwobbelstufe angeschaltet. Diese zu der Zähler-Voreinstellstufe 76 gehörende Stufe ist an den /.ntriebssignal-Ausspeicherzähler 6*4 angekoppelt, wie dies oben anhand von Fig. 2 schon angedeutet wurde. Die Stufe 144 liefert während einer Testuntersuchung einen Phasenfehler in Zählungen, welche zur Einstellung der Zähler-Voreinstellstufe 76 dienen, was anhand von Fig. 6 noch näher erläutert wird. Die Voreinstell-Testwobbelstufe 144 stellt eine logische Schaltung dar, welche die durch denPhasenfehler während der Testuntersuchung erzeugten Fehlerzählungen fest-

^ stellt und sodann das Und-Gatter 126 durchschaltet, um die Fehlerzählungen im Register 128 anzuzeigen, uiese angezeigten Werte können dann zur Voreinstellung der Zähler-Voreinstellstufe 76 (Fig. 6) verwendet werden. Daher wird der Vibrator am Deginn einer seismischen Untersuchung phasenrichtig durch das analoge Eingangssignal betrieben.

In Fig. 6 ist der Einspeicherzähler 63, der LJezugssignal-Ausspeiciierzähler 70 und der /.ntriebssignal-Ausspeicherzäiilcr 04 zusammen mit der Adressengattercinheit 74 und der Züiiler-Vor-

SAD ORIGINAL

einstellstufe 76 dargestellt. Die Zähler und die Adressengatter sind an sich konventioneller Art und in Fig. 6 in einem logischen Schema dargestellt, das ihre Zuordnung bei der Adressierung des Pufferspeichers 32 zeigt. Ein Teil der Adressengattereinheit 74 ist zusammen mit einem entsprechenden Zähler dargestellt, wobei die Ausnehmung der Gatter zusammengeschaltet und auf den Speicher 32 gefuhrt sind. Um die Kapazität des Speichers zu variieren und den Einspeicherzähler 03 und den Bezugssignal-Ausspeicherzähler 70 durch Vergleich zu synchronisieren,· können hier nicht dargestellte konventionelle Mittel verwendet werden. Die Grundzählung wird vom Grund-Tastfolgezähler 66 sowohl auf den Einspeicherzähler 03 und den Bezugssignal-Ausspeicherzähler 70 mit konstanter Folgefrequenz gegeben, um in den üpeicher einzuspeichern und das Bezugssignal mit vorgegebener Verzögerung auszuspeichern, wie dies oben in Verbindung mit Fig. 2 schon beschrieben wurcUe. Die variable Zählung aus dem variablen Tastfolgezähler 62 wird in den Antriebssignalt.usspeicherzühler 64 eingegeben. Zur Durchschaltung entsprechender Folgen vonGattern der /.dressengattereinheit 74 werden an ,'unkten 146 und 14ö weitere höherfrequente Impulse eingegeben. Dabei handelt es sich um ein^ntriebsadressen-Auslösesignal und ein Uezugscidressen-Auslösesignal. WeL terhin wird einiZinspeicher~Adressen-..uslösesignal mit höherfrequentem Takt an einem Punkt 150 eingegeben, um entsprechende Folgen von 'Jc=LLern der . Jressengatteroinheit 74, welche dem Einspeicherzüiiler Ou zugeordnet sind, durciizuschalten. Diese höherfrequentcii 'faktsignale takten die Gattereinhext während des Vorhandüiu,cino der Grundzänl-Taktsignale, wie dies in konventioneller .oif,G in Jpuichorii(!reüüen-Loc;il<schaltun(jen durchgeführt v/ird.

209822/0867 - uo-

BAD ORIGINAL

Wie Fig. 6 weiterhin zeigt, enthält der Einspeicherzähler 63 eine Serie von Flip-Flops (152, welche zur ,!nderung der Kapazität des Speichers im oben erwähnten Ginne dienen . Weiterhin werden in an sich konventioneller Weise verschiedene RUckstellsignale auf die verschiedenen Zähler gegeben, um diese zur Durchführung der Zählzyklen während einer folgenden Zählung freizumachen.

Das variable Zählsignal wird über einen Inverter 154, einen Flip-Flop 156, sowie ein Und-Gatter 158 in die Zähler-Voreinstellstufe 76 eingegeben. Das Ausgangssignal des Und-Gatters 15ö läuft über einen Inverter 160 in einen Zähler 162. Eine Serie von Und-Gattern 164 erhält die Voreinstell-Information als Eingangssignal über mehrere Zapfenrader (nicht dargestellt) welche gemäß den Ergebnissen der oben anhand von Fig. 5 beschriebenen Testuntersuchung eingestellt werden. Die im Register 128 der Fehler-Zahl- und Registerstufe 154 während der Testuntersuchung angezeigten und zu erwartenden Phasenfehler werden dabei auf den einzelnen Zapfenrädern eingestellt. Diese liefern Eingangssignale über die Und-Gatter 164 für den Zähler 162. Die Voreil- bzw. Nacheilinformation wird durch eine Bedienungsperson über einen Schalter 166 eingegeben, welcher jeweils ein Gatter eines Paars von Und-Gattern 168 ansteuert. Im Betrieb wird der Zähler 162 durch das variable Zählsignal und ein höherfrequentes Taktsignal an einer Klemme 162 getaktet, bis er gemäß der Eingangseinstellung der Zapfenräder aufgefüllt ist. Gleichzeitig mit der Auffüllung des Zählers 162 mit der vorgegebenen Anzahl von Zählungen werden die Zählungen über ein von dem Schalter 166 durchgeschaltetes Und-

209822/0867

. ₃₁ _

Gatter 168 geschickt, um sie in den Antriebssignal-Ausspeicherzähler 64 einzugeben. Wenn der Zähler 162 mit der vorgegebenen Anzahl von Zählungen aufgefüllt ist, werden Ausgangssignale auf ein Und-Gatter 172 gegeben, dessen /.usgcngssignal das Und-Gatter löü sperrt. Damit ist die vorgegebene anzahl von Zahlungen in den /.ntriebssignal-Ausspeicherzähler 64 eingegeben, wodurch der Vibrator 14 bei einem nachfolgenden Untersuchungsvorgang phasenrichtig durch das analoge Eingangssignal betrieben weden kann, liird also mit einer tatsächlichen Untersuchung begonnen, ist der voreingestellte ,.ntreibssignal-Äusspeicherzähler 64 schon auf die Anzahl von Zählungen herauf- oder heruntergeschaltet, welche dem Phasenfehler entspricht, der vorher während der Testuntersuchung durch die Voreinstell-Testwobbelstufe 144 eingegeben wurde.

- Patentansprüche -

- 32 -

209827/0867

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   IJ Digitale Phasenkorrektur-Servoanordnung zur Regelung der Phase eines angetriebenen Elementes in bezug auf die Phase eines Eingangssignals, gekennzeichnet durch einen das Eingangssignal aufnehmenden und ein Antriebssignol für das angetriebene Element (14) liefernden digitalen Speicher (32), welcher ei nen Kreis (28) zur Erzeugung eines ßezugssignals mit fester Phasenbeziehung und vorgegebener Zeitverschiebung in bezug auf das Eingangssignal aufv/eist, einen an das angetriebene Element (14) angekoppelten Phasendetektor (26) zur Feststellung von i'hasendifferenzen zwischen einem, vom angetriebenen Element kommenden Ausgangssignal und dem Bezugssignal sowie zur Erzeugung eines ein Haß für die Phasendifferenzen darstellenden Fehlersignals,

   und durch einen an den Phasendetektor (2ü) und den digitalen Speicher (32) angekoppelten logischen Kreis (08, 40) zur zeitlichen Verschiebung des auf das eingetriebene Element gegebenen Antriebssignals entsprechend der festgestellten Phasendifferenz.

   2. Servoanordnung ncch , .nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der logische Kreis (3ΰ, 40) den digitalen Speicher (32) derart ansteuert, daß das auf aus ungetriebene element (14) gegebene Antriebssignal um eine Anzahl von Tastun.jen verschoben wird, welche dem der festgestellten phasen-

   209827/0867

   ~~ ORKSfNAL

   differenz entsprechenden Einheiten der Tastfolgezeit gleich ist, v/oraus sich ein von dem angetriebenen Element kommendes Ausgancjssignal mit der Phase iJull relativ zum Bezugssignal ergibt.

   o. Servoanordnung nach Anspruch 1 und 2, dacb rch gekennzeichet, daß der logische Kreis (38, 40) zur Ausspeicherung aus dem digitalen Speicher (32) mit einer programmierbaren Folgefrequenz zwecks Erzeugung eines korrigierten Antriebssignals dient.

   4. Servoanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis (28) zur Erzeugung des Bezugssignals einen an den digitaler» Speicher (32) angekoppelten Digital-Analog-Konverter (36) enthält und daß das Bezugssignal durch Steuerung des logischen Kreises (38,40) mit konstanter Folgefrequenz in bezug auf das Eingangssignal ausgespeichert und in bezug auf das Eingangssignal in der Größenordnung von der Hälfte der gesamten Speicherstellen des digitalen Speichers (32) zeitlich verschoben v/ird.

   5. Servoanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem digitalen Speicher (32) ein das Eingangssignal aufnehmender /nalog-Digital-Konverter (30) vorgeschaltet ist, daß zv/ischen dem digitalen Speicher (32) und das angetriebene Element (14) ein Antriebssignal-Digital-Analog-Konverter (34) gekoppelt ist, und daß der

   - 34 -

   209825/0867

   -'■*■*■· 8AD

   Digital-Änalog-Konverter (36) des Kreises (28) zur Erzeugung des Bezugssignals zwischen den digitalen Speicher (32) und den Phasendetektor (26) gekoppelt ist.

   6. Servoanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendetektor (26) eine Phasendetektorstufe (83) enthält, welche zur Erzeugung des der Phasendifferenz entsprechenden Fehlersignals und eines einer Voroder Nacheilung des i'husenfehlers entsprechendem Signal dient, daß der logische Kreis (38, 40) Programmerzeugerstufen (56,50) enthält, welche das Fehlersignal aufnehmen, und daß der digitale Speicher (32) an die Programmerzeucjerstufen angekoppelt ist, um das Antriebssignal um die festgestellte Anzahl von Tastungen imZähler in einer der Richtung des Phasenfehlers entsprechenden Richtung zu verschieben.

   7. Servoanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Phasendetektor (26) eine Fehler-Zahl- und Registerstufe (54) angekoppelt ist, welche zur Zählung und Speicherung einer Anzahl von Zählungen dient, die der Dauer des Phasenfehlersignals in Einheiten von digitalen Speicherstellen entsprechen, daß in den Programmerzeugerstufen (56, 58) wenigstens ein Programm vorgegeben ist, das der Größe der Phasendifferenz und der Richtung der Phasenverschiebung entspricht und daß der logische Kreis (38, 40) Kreise (62, 64, 66, 68, 70, 74) zur selektiven Adressierung des digitalen Speichers (32) als Funktion des vorgegebenen Programms zwecks Verschiebung des

   209822/0867 _₃₅_

   Antriebssignals im digitalen Speicher aufweist.

   8. Servoanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der logische Kreis (48, 40) einen Integrator (46) und einen Uiveaudetektor (50), welcher an den Phasendetektor (26) angekoppelt ist, zur Erzeugung wenigstens eines der Größe des Phasen Fehlers entsprechenden Spannungswertes,

   und einen an die Progrctnmerzeugerstufen (56, 53) angekoppelten und auf das Programm ansprechenden Zähler (64), welcher zur Taktung des digitalen Speichers (32) und zur Versciiiebung des Antriebssignals um eine der Phasendifferenz entsprechende Anzahl von Tastungen dient, aufweist,

   und daß den Programerzeugersiufen (56, 5o) eine auf das vom Integrator (56) und vom iJiveaudetektor (50) gelieferte Spannungsniveau ansprechende [latri;;gatterstufe (52) zur Programmauswahl zugeordnet ist.

   9. Servoanordnung nach einem der j.nspiUche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der logische Kreis (38, 40) eine an den Zähler (64) angekoppelte Zähler-Voreinstellstufe (76) zur Voreinstellung der Zählung im Zählers als Funktion der Grüße und Richtung einer Phasendifferenz aufweist, und daß das Antriebssignal bei Uetrieb des angetriebenen Elementes (14) phasenrichtig in bezug auf das Eingangssignal aus dem digitalen Speicher (32) auf das angetriebene Element gegeben wird.

   209822/0867

   BAD ORfGWAL