DE3123455C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Ansteuerung und Erzeugung demodulierter Ausgangssignale einer Synchro- oder Resolvereinrichtung mit einer Eingangswicklung und zumindestens einer ersten und einer zweiten Ausgangswicklung.

Synchroeinrichtungen wie zum Beispiel Synchros oder Resolver, werden in vielen Fluginstrumenten sowie anderen Anwendungen in anderen Bereichen verwendet, um ein Maß einer Winkelposition zu liefern. Beispielsweise werden Synchros oder Resolver dazu ver­ wendet, das Winkelpositions-Rückführungssignal von in geschlos­ sener Schleife betriebenen Stellservos zu liefern. Bei einer derartigen Anordnung kann der Rotor des Synchros oder Resolvers mit dem durch den Servo einzustellenden Bauelement gekoppelt sein, und eine sinusförmige Spannung, typischerweise mit einer Frequenz von 400 Hz, wird beispielsweise den Rotorwicklungen des Resolvers zugeführt. Die sinusförmige Erregungs­ spannung wird von den Rotorwicklungen auf die Stator- Ausgangswicklungen gekoppelt, um sinusförmige Ausgangssignale mit jeweiligen Amplituden zu erzeugen, die proportional zum Sinus und Kosinus des Winkels sind, auf den der Rotor einge­ stellt ist. Die Ausgangsspannungen sind in Abhängigkeit von der Winkelposition des Resolver-Rotors entweder gleichphasig oder außer Phase mit der Erregungsspannung. Diese Ausgangsspannungen können in Gleichspannungssignale mit einer zu den jeweiligen Sinus- und Kosinuswerten proportionalen Amplitude und mit einer Polarität umgewandelt werden, die davon abhängt, ob die jewei­ lige Ausgangsspannung gleichphasig oder nicht gleichphasig zum Erregungssignal ist.

Zu diesem Zweck wurden vielfach einen hohen Raumbedarf aufwei­ sende komplizierte und aufwendige synchrone Demodulatoren zur Umwandlung der sinusförmigen Synchro- oder Resolver-Ausgangs­ spannungen in entsprechende Gleichspannungspegel verwendet.

In der EP-A1-00 35 900 wurde weiterhin ein demodulatorloser Synchro- oder Resolver-Winkelpositionsmeßfühler vorgeschlagen, der den Sinus und den Kosinus der Winkelposition durch Anlegen einer kontinuierlichen Rechteckschwingung als Erregungssignal an die Resolver-Rotorwicklung liefert. Die entsprechenden Recht­ eckschwingungsausgänge der Sinus- und Kosinuswicklungen des Stators des Resolvers werden zeitlich synchron zur Ansteuerung zu einer vorgegebenen zeitlichen Phase des Recht­ eckschwingungs-Ansteuerzyklus abgetastet. Die abgetasteten Sinus- und Kosinusamplituden werden in einem Analog-/Digital­ konverter in Digitalformat umgewandelt und einem digitalen Prozessor oder einer Verarbeitungseinrichtung zugeführt. Die hierbei verwendete Rechteck-Erregungsschwingung muß einerseits symmetrisch sein und sie wird den Rotorwicklungen des oder der Resolver kontinuierlich zugeführt, so daß der Leistungsbedarf dieser bekannten Schaltung relativ groß ist, insbesondere dann, wenn eine große Anzahl derartiger Resolver verwendet werden muß. Weiterhin muß durch entsprechende Logikschaltungen eine bestimmte Phasenlage des kontinuierlichen Rechteckschwingungs- Erregungssignals ermittelt werden, bevor eine Abfrage durch die Verarbeitungseinrichtungen erfolgen kann.

Aus der DE-AS 28 12 187 ist weiterhin eine Schaltung zur An­ steuerung von Drehmeldern bekannt, bei denen die Rotorwicklungen von Drehmeldern über kontinuierliche Impulssignale gespeist wer­ den, die mit Hilfe von Frequenzteilerstufen abgeleitet werden. Hierbei ist zwar keine symmetrische Erregungsschwingung erfor­ derlich, doch ergibt sich ebenfalls der Nachteil der dauernden Erregung sämtlicher Drehmelder mit Hilfe von kontinuierlichen Rechtecksignalen, so daß der Leistungsbedarf ebenfalls sehr groß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen verringerten Leistungsbedarf bei einfacherem Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schaltung ergibt sich ein verringerter Leistungsbedarf, da die Eingangswicklung des Synchros oder Resolvers nur dann kurzzeitig mit einem Gleichpotential verbunden wird, wenn die Abtastung dieses Synchros oder Resolvers erfolgen soll. Dies bedeutet, daß bei zwei Ausgangswicklungen zwei aufeinanderfolgende Rechteckimpulse an die Eingangswicklung angelegt werden und die resultierenden impulsförmigen Signale, zuerst der Sinus- und dann der Kosinus- Ausgangswicklung, über die Steuervorrichtung der Abtastvorrich­ tung zugeführt werden. Während der übrigen Zeit, beispielsweise während der Abtastung weiterer Synchros oder Resolver benötigen die jeweils nicht abgetasteten Synchros oder Resolver keinerlei Erregungsleistung, so daß die Schaltung daher für einen größeren prozentualen Teil der Zeit im Ruhezustand verbleiben kann, was zu der wesentlichen Verringerung des Leistungsbedarfs führt. Da die Betätigung der Schaltervorrichtung synchron mit der Ab­ tastung erfolgt, sind weiterhin getrennte Logikeinrichtungen zur Ansteuerung der Abtasteinrichtungen nicht erforderlich, so daß sich ein einfacherer Aufbau ergibt.

Das Ausgangssignal der Abtastvorrichtung wird über einen Ana­ log-/Digitalkonverter in ein Digitalformat derart umgewandelt, daß es den Sinus- und Kosinus-Ausgangswicklungsspannungen ent­ spricht, wie dies auch in der EP-A1-00 35 900 der Fall ist.

Die gesamte Schaltung kann vorzugsweise durch einen Mikropro­ zessor gesteuert sein, der die gesamte Folge der selektiven Freigabe der Schaltervorrichtung und der Abtastvorrichtung sowie die Ankopplung der Sinus- und Kosinus-Wicklungen an die Abtast­ vorrichtung steuert.

Ein Beispiel für die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung ist ein Horizontalsituations-Fluganzeigeinstrument, das im fol­ genden abgekürzt als HSI-Fluginstrument bezeichnet wird.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform der Schaltung;

Fig. 2 ein Schwingungsform-Zeitdiagramm, das Schwingungsformen an verschiedenen Punkten der Schaltung zeigt.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Ausfüh­ rungsform der Schaltung, die in Vielzahl von Einrichtungen ein­ gesetzt werden kann, die einen Synchro oder Resolver verwenden. Ein typisches Beispiel für eine derartige Einrichtung ist ein digitales HSI-Fluginstrument, das eine Vielzahl von Synchros oder Resolvern und einen Mikroprozessor verwendet, so daß dieses Instrument eine ideale Anwendung für die Ausführungsform der Schaltung darstellt. Entsprechend soll die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform im folgenden anhand eines HSI- Instrumentes durchgeführt werden. Das in der genannten EP-A1 00 35 900 beschriebene HSI- Instrument schließt eine Vielzahl von Servoeinrichtungen ein. Eine dieser Servoeinrichtungen, beispielsweise die Servoeinrich­ tung, die die Kompaßrose des Instrumentes einstellt, kann einen Servoverstärker zur Ansteuerung eines Servomotors einschließen, der seinerseits die Kompaßrose über eine geeignete mechanische Kopplung einstellt. Ein Synchro oder Resolver ist mit der Aus­ gangswelle des Servomotors gekoppelt, um Winkelpositions-Rück­ führungsdaten für die Servoeinrichtung zu liefern, wobei die Rückführungsdaten die Winkelposition der Kompaßrose darstellen.

Gem. Fig. 1 weist ein erster Synchro oder Resolver 18, der zur Lieferung von die Winkelposition der Kompaßrose darstellenden Rückführungsdaten verwendet werden kann, eine Rotorwicklung 19 und eine Statorwicklung 20 auf, von denen die Rotorwicklung 19 mechanisch mit der Ausgangswelle des (nicht gezeigten) Servomo­ tors über geeignete Getriebe gekoppelt ist. Dieser Resolver bildet damit ein zweiphasiges Synchro-Differentialbauteil. Die beiden Ausgangswicklungen 20 des Stators liefern Signale, die proportional zum Sinus bzw. Kosinus des Rotorwinkels in einer Weise sind, wie sie im folgenden noch näher erläutert wird. Eine impulsförmige Erregungsspannung V_c wird der Rotorwicklung 19 zugeführt, um es der Einrichtung zu ermöglichen, die Sinus- und Kosinusdaten von den Ausgangswicklungen 20 des Stators ohne die Verwendung von Demodulatoren abzuleiten, wie dies noch näher erläutert wird.

Das HSI-Instrument, in das die hier beschriebene Ausführungs­ form der Schaltung eingefügt ist, schließt einen (nicht gezeig­ ten) digitalen Mikroprozessor ein, der digitale Datenworte an das Instrument liefert, in dem sie in ein Analog-Format für die weitere Verwendung umgewandelt werden. Analogsignale innerhalb des Instrumentes werden in Digitalformat umgewandelt und dem Mikroprozessor zugeführt, in dem an diesen Signalen Datenver­ arbeitungsfunktionen durchgeführt werden. Digitale Daten werden von und zu der Verarbeitungseinrichtung sowie zur Schaltung über eine Datensammelschiene 22 übertragen. Die Schaltung schließt einen Datenzwischenspeicher 23 zur vorübergehenden Datenspeicherung von digitalen Datenworten von der Datensammel­ schiene 22 ein. Der Datenzwischenspeicher 23, der durch D-Flip- Flop-Schaltungen gebildet sein kann, schließt eine Freigabe- Eingangsleitung und eine Anzahl von Ausgangsleitungen ein. Eine erste Ausgangsleitung des Datenzwischenspeichers 23 ist mit einer Schaltervorrichtung 26 über einen Widerstand 24 und einen mit einem Anschluß mit Erde verbundenen Widerstand 25 verbunden. Die Schaltervorrichtung 26 weist einen Transistor auf, dessen Basis mit einer Ausgangsleitung des Datenzwischenspeichers 23 gekoppelt ist, während der Emitter mit Erde und der Kollektor mit der Eingangswicklung 19 des Synchros oder Resolvers 18 verbunden ist.

Die Eingangswicklung 19 ist mit einer Spannungsquelle +V gekop­ pelt. Die Reihenschaltung des Schalttransistors 26, der Ein­ gangswicklung 19 und der Spannungsquelle, wie sie hier beschrie­ ben und gezeigt ist, stellt lediglich ein Beispiel dar, und es kann eine beliebige Schaltervorrichtung, die das Schalten eines impulsförmigen Potentials längs der Eingangswicklung 19 ermög­ licht, verwendet werden. Eine zweite Ausgangsleitung des Daten­ speichers 23 ist mit dem Freigabeeingang einer Abtastvorrichtung 27 gekoppelt, die vorzugsweise durch eine im Handel erhältliche integrierte Abtast- und Halteschaltung gebildet ist. Die übrigen Ausgangsleitungen des Datenzwischenspeichers 23 werden als Adressen- und Freigabe-Eingangsleitungen für einen Analog- Multiplexer 28 verwendet.

Die an den Adressen- und Freigabe-Eingangsleitungen an den Analog-Multiplexer 28 übertragenen Daten verbinden selektiv die Ausgangswicklungen 20 des ersten Synchros oder Resolvers 18 oder weiterer Synchros oder Resolver mit dem Analog-Multiplexer 28.

Weil die Sinus- und Kosinuswicklungen 20 des Synchros oder Resolvers 18 getrennt mit dem Analog- Multiplexer 28 gekoppelt sind, kann die Ablesung der Werte jeder Wicklung getrennt erfol­ gen. Das Ausgangssignal des Analog-Multiplexers 28 wird der Abtastvorrichtung 27 zugeführt, die ihrerseits ihr Ausgangssig­ nal einem (nicht gezeigten) Analog-/Digitalkonverter zuführt.

Im Betrieb und in der in den Schwingungsformen gemäß Fig. 2 dargestellten Weise steuern die Programme des (nicht gezeigten) Mikroprozessors die Erregung und Ansteuerung des Synchros oder Resolvers 18 und die selektive Abtastung der Ausgangsspannungen, die in den Sinus- und Kosinus-Ausgangswicklungen 20 induziert werden, derart, daß das Ausgangssignal von der Abtastvorrichtung 27 über den Analog-/Digitalkonverter in ein Digitalformat umge­ wandelt werden kann. Der Mikroprozessor führt eine Zwischen­ speicherung von Befehlen in Form von Digitalworten in dem Daten­ zwischenspeicher 23 durch. Diese Digitalworte enthalten Daten­ bits, die dem Schalttransistor 26, der Abtastvorrichtung und dem Analog-Multiplexer 28 zugeführt werden. Um den Ausgang entweder der Sinus- oder der Kosinuswicklung 20 abzulesen, wird die richtige Multiplexer-Adresse für eine dieser Wicklungen 20 zwischengespeichert und dem Multiplexer 28 zugeführt, was dazu führt, daß die ausgewählte Wicklung 20 des Synchroresolvers 18 mit der Abtast- und Haltevorrichtung 27 gekoppelt ist. Der Mikroprozessor gibt dann an die Schaltervorrichtung oder den Schalttransistor 26 den Einschaltbefehl dadurch, daß eine "Eins′ auf der Datenzwischenspeicher-Ausgangsleitung zwischen­ gespeichert wird, die mit der Schaltervorrichtung oder dem Schalttransistor 26 gekoppelt ist. Weil die Eingangswicklung 19 mit einer positiven Spannungsquelle verbunden ist und weil der Emitter des Schalttransistors 26 mit Erde verbunden ist, ruft das Ein- und Ausschalten des Schalttransistors 26 die impulsför­ mige Erregungs- oder Ansteuerschwingungsform V_c (Fig. 2) längs des Schalttransistors 26 hervor. Eine invertierte Form der Schwingungsform V_c erscheint damit längs der Eingangswick­ lung 19, d. h. wenn V_c niedrig ist, so erscheint eine Gleichspannung von +15 Volt längs der Eingangswicklung 19. Vor­ zugsweise wird ein Erregungsimpuls der Eingangswicklung 19 über eine Zeitperiode von ungefähr 100 Mikrosekunden zugeführt, wie dies aus der obersten Schwingungsform nach Fig. 2 zu erkennen ist. Während dieser Zeitperiode gibt der Mikroprozessor die Abtast- und Haltevorrichtung für ungefähr 50 Mikrosekunden frei, wie dies durch die unterste Schwingungsform in Fig. 2 darge­ stellt ist, und die Abtast- und Haltevorrichtung tastet die aus­ gewählte Sinus- oder Kosinuswicklung 20 ab, die über den Multi­ plexer 28 angekoppelt ist. Nachdem das Magnetfeld des Resolvers 18 auf Null abgesunken ist, wozu ungefähr 5 Millisekunden er­ forderlich sind, kann die Schaltung erneut erregt oder ange­ steuert werden, und der Ausgang der anderen Ausgangswicklung 20 kann in gleicher Weise abgelesen werden. Es ist daher zu er­ kennen, daß das Ausgangssignal der Abtast- und Haltevorrichtung 27 für eine Umwandlung in Digitalformat über einen Analog-/ Digitalkonverter geeignet ist.

Zu Anfang tritt in geringem Ausmaß eine Überschwingung in den Schwingungsformen auf, die in den Sinus- und Kosinuswicklungen 20 induziert werden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die Belastung der Sinus- und Kosinuswicklungen 20 durch Dämpfungs­ widerstände 29 und 30 dämpft jedoch diese Überschwingung, so daß die Auswirkung minimal ist. Weiterhin sind die Sinuswicklungs- und Kosinuswicklungs-Schwingungsformen nicht eben, sondern als Ergebnis der Induktanz und des Widerstandes des Resolvers 18 geringfügig gegen Null geneigt. Entsprechend sollte die Abtast- Endzeit, die von dem Beginn eines Erregungsimpulses aus gemessen wird, für jede aufeinanderfolgende Messung genau gleich sein. Weil weiterhin die Programme des Mikroprozessors den Beginn eines Erregungsimpulses steuern, besteht keine Notwendigkeit, daß der Mikroprozessor auf das Auftreten der richtigen Erre­ gungsphase wartet, wie dies in der genannten europäischen Patentanmeldung der Fall ist. Die Schaltung kann daher für einen größeren prozentualen Teil der Zeit im Ruhezustand verbleiben, so daß der Leistungsbedarf wesentlich verringert wird.

Claims (6)

1. Schaltung zur Ansteuerung und zur Erzeugung demodulierter Ausgangssignale einer Synchro- oder Resolvereinrichtung mit einer Eingangswicklung (19) und zumindestens einer ersten und einer zweiten Ausgangswicklung (20),

• - mit einer Schaltervorrichtung (26), welche die Eingangs­ wicklung kurzzeitig mit Gleichpotential (+V) verbindet, so daß impulsförmige Signale in den Ausgangswicklungen induziert werden,
• - mit einer Steuervorrichtung (22, 23), die zu von ihr vorgebbaren Zeitpunkten die Schaltervorrichtung wiederholt betätigt, und
• - mit einer Abtastvorrichtung (27, 28), die von der Steuer­ vorrichtung synchronisiert mit der Schalterbetätigung freige­ geben wird zur selektiven Abtastung der an den einzelnen Ausgangswicklungen erzeugten Impulsamplituden, und wobei das abgetastete Signal (S, Fig. 2) das demodulierte Ausgangs­ signal bildet.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrich­ tung (27, 28) eine Abtast-Halteschaltung (27) einschließt.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltervorrich­ tung (26) durch einen Transistortreiber (26) gebildet ist.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Analog-/Digital­ konvertereinrichtungen zur Umwandlung des Ausgangssignals der Abtastvorrichtung (27, 28) in ein äquivalentes Digitalwort vorgesehen sind.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrich­ tung (22,23) durch einen Mikroprozessor gesteuert ist.

6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsan­ schlüsse der Ausgangswicklungen (20) mit Dämpfungswiderständen (29, 30) verbunden sind.