DE2115393A1

DE2115393A1 - Servomotor Steuerschaltung

Info

Publication number: DE2115393A1
Application number: DE19712115393
Authority: DE
Inventors: Fritz Norman Northfield Ohio Lutz (V St A)
Original assignee: Warner and Swasey Co
Current assignee: Warner and Swasey Co
Priority date: 1970-04-09
Filing date: 1971-03-30
Publication date: 1972-09-21
Also published as: FR2085955A1; FR2085955B1; GB1330568A; US3684940A

Description

Servomotor-Steuerschaltung.

Als Servoverstärker verwendet man üblicherweise einen phasengesteuerten Verstärker mit Vollweg- oder Einweggleichrichtung. Ein solcher Verstärker zeigt eine Ansprechverzögerung} die Antriebsenergie für den Anker des Servomotors ist pulsförmig, wobei die Pulsbreite die an den Anker abgegebene mittlere Energie darstellt. Aus diesem Grunde treten starke Ankerverluste im Servomotor auf, so daß stärkere Servomotoren verwendet werden müssen, die in einigen Fällen noch Außenkühlung erfordern. Hohe Beschleunigungen, die durch die steilen V/ellenfronten der phasengesteuerten Erregerwelle hervorgerufen werden, können stärkere Getriebe oder andere Lastübertragungsvorrichtungen fordern, als sonst notwendig wären.

Um die bei einphasigen phasengesteuerten Servoverstärkern auftretenden Schwierigkeiten zu vermeiden, wurden mehrphasige phasengesteuerte Systeme verwendet. Mehrphasensysterne sind jedoch komplizierter und kostspieliger als Einphasensysteme.

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Eine, andere Lösungsmöglichkeit "besteht darin, einen Gleichstromverstärker zu verwenden. Bei bisherigen Gleichstromverstärkern treten jedoch erhebliche Leistungsverluste auf, wodurch ihre Anwendungsmöglichkeiten stark eingeschränkt wurden. Die leistungsgesteuerte Anlage nach der vorliegenden Erfindung vermeidet jedoch diesen Nachteil, indeu sie einen Gleichstromverstärker schafft, der einen erheblich niedrigeren Leistungsverlust auf v/eist·

Die hier dargelegte Leistungssteuerung eignet sich insbesondere für solche Fälle, in denen ein durch ein Fehlersignal gesteuerter Servomotor einen Schieber, eine Schraube oder ein anderes Geräteteil an eine gewünschte Stelle bewegt. Während sich das bewegliche Teil der gewünschten Stelle nähert, wird das Feiilersignal kleiner und verlangsamt die Bewegung, so daß vom Verstärker weniger Leistung benötigt wird. Wie in der Technik bekannt ist, treten im Verstärker die größten Leistungsverluste dann auf, wenn der Verstärkerwiderstand gleich dem Widerstand der Last ist. Um einen Betrieb in der Nähe dieser Bedingung zu vermeiden, schaltet die vorliegende Anlage die Spannungsversorgung für den Servoverstärker auf einen niedrigeren Wert, so daß der Leistungsverlust im Verstärker niedrig gehalten wird, wenn das Fehlersignal abnimmt·

Der erfindungsgemäße Gleichstrom-Servoverstärker weist im Gegensatz zu einem phagengesteuerten Verstärker keine wesentliche Ansprechverzögerung auf. Im Anker eines Gleichstromservomotors tritt wegen des besseren Formfaktors des Antriebsstroms ein geringerer Leistungsverlust auf als bei einem phasengesteuerten Servoverstärker, Auch die hohen Spitzenbeschleunigungen, die bei phasengesteuerten Servoantriebssystemen aufgrund der steilen Wellenfronten des Antriebsstroms auftreten, werden bei dem erfindungsgeinäßen Verstärker- und

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Steuersystem vermieden, ohne daß die Arbeitsleistung darunter leidet.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Leistungssteuerschaltung für einen Gleichstromverstärker, der unter Steuerung eines Eingangssignals Antriebsstrom an einen Lastkreis liefert; die Höhe des Eingangssignal steuert die am Verstärker anliegende Versorgungsspannung.

Die vorliegende Erfindung schallt weiterhin eine Leistungssteuerschaltung für einen Servomotor-Antriebsverstärker, wobei der Servomotor unter Steuerung eines Fehlersignals eine Last betreibt; das Fehlersignsl steuert die Leistungsabgabefähigkeit des Verstärkers, und zwar vorzugsweise dadurch, daß die Versorgungsspannung des Verstärkers gemäß der Höhe des Fehlersignals gesteuert wird.

Es folgt nun eine Beschreibung der Erfindung anhand der Zeichnungen;

Figur 1 ist ein Blockdiagramm eines Servoantriebs für eine Werkzeugmaschine und zeigt die erfindungsgemäße Leistungssteuerschaltung.

Figur 2 ist ein schematisches Diagramm eines Servoverstärkers, der in der Steuerschaltung aus Figur 1 verwendet wird.

Figur 3 ist ein schematisches Diagramm der Pegel-Detektorschaltung der Steuerschaltung aus Figur 1.

Figur 4 ist ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels des Spannungsschalterkreises für die Steuerschaltung aus Figur 1, wobei Steuergleichriehter verwendet werden.

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Figur 5 ist ein anderes Ausführungabeispiel des Spannungsschalterkreises für die Steuerschaltung aus Figur 1, wobei Transistoren verwendet werden.

Zur Erläuterung der erfindungsgeaiäßen Leistungssteuersciialtung betrachte man Figur 1. Ein Servomotor 10 ist durch eine Führungsschraube oder eine andere Kopplungsvorrichtung (angedeutet durch die gestrichelte Linie 11) mit einem beweglichen Teil (nicht dargestellt) der Werkzeugmaschine 12 verbunden, das eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen hat. Der Servomotor 10 kann das bewegliche Teil gemäß seiner jeweiligen Drehrichtung nach zwei Richtungen hin bewegen, so daß das bewegliche Teil an eine gewünschte Stelle oder in eine gewünschte Stellung bewegt werden kann. Eine herkömmliche Codierervorrichtung 18, die mit der Werkzeugmaschine 12 verbunden ist, erzeugt digitale Signale, die den jeweiligen Ort des beweglichen Teils angeben. Diese Signale werden einem digitalen Subtrahierer 14 zugeführt. Ein digitales Befehlssignal von einem Befehlsgenerator (nicht dargestellt) bildet die gewünschte Position für das bewegliche Teil. Der digitale Subtrahierer 14 erzeugt ein digitales Differenz- oder Fehlersignal. Das digitale Fehlersignal vom Subtrahierer 14 wird einem Digital/Analog-Wandler 22 zugeführt, der ein analoges Fehlersignal erzeugt.

Das analoge Fehlersignal des Digital/Analog-Wandlers 22 wird an eine Verstärkersteuerschaltung 27 und an einen Pegel-Detektorkreis 24 angelegt, der mit einem Spannungsschalterkreis 26 verbunden ist. Die'Verstärkersteuerschaltung 27 liefert Steuersignale an den Antriebsverstärker 29 des Servomotors. Der Spannungsschalterkreis 26 dient dazu, die Versorgungsspannung für den Servoverstärker 29 auf verschiedene Spannungswerte umzuschalten, die eine Funktion der Höhe des Fehlersignals sind, das der Wandler 22 liefert.

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Wenn die höhe des analogen Fehler signals bestimmte vorgegebene V;erte erreicht, erzeugt die Pegel-Detektorschaltung Umschaltsignale, die jeweils bestimmten Pegelbereichen des analogen Fehlersignals zugeordnet sind. Die Schaltaignale der Pegel-Detektorschaltung 24 sind also in Bezug auf das analoge Fehlersignal quantisiert, und diese quantisierten Signale steuern den Spannungsschalterr.reis 26.

Firur 2 zeigt ein scheuiatisches Diagramm des Servoverstärkers

29. Die Transistoren 30, 36 und 32, 34 leiten paarweise, um Höhe und Polarität des Antriebsstroms für den Servomotor zu steuern, wodurch Richtung und Drehmoment des Servomotors bestimmt werden. Jeder der Transistoren 30,32,34, 36 kann gemäß dem Leistungsbedarf der Last aus mehreren parallelgeschalteten Einzeltransistoren bestehen. Die Spannungsversorgung für die Transistoren 30, 32, 34, 36 liegt zwischen Klemme 48 und Erdpotential an. Für die eine Drehrichtung des Servomotors 10 werden der pnp-Transistor 34 und der npn-Transistor 32 so vorgespannt, daß sie leiten, während der pnp-Transistor 30 und der npn-Transistor 36 beide abgeschaltet sind. Für die andere Drehrichtung des jkotora werden die Transistoren 30 und 36 so vorgespannt, daß sie leiten, während die Transistoren 32 und 34 abgeschaltet sind. Für die Transistoren

30, 32, 34, 36 können beliebige Kombinationen von npn- und pnp-Transistoren verwendet werden.

Die Basiswiderstände 38, 40, 42 und 44 liegen zwischen der Basis des zugehörigen Transistors 30, 32, 34, 36 und einem herkömmlichen Vorverstärker 27, der gemäß aem verwendeten Transistortyp und entsprechend der Höhe und Polarität des analogen Fehlersignals Basisvorspannungen für die Transistoren 30-36 liefert.

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Das analoge Fehlersignal vom Wandler 22 liegt nicht nur am Vorverstärker 27 sondern auch am Pegel-Detektorkreis 24 an, der schematisch in Figur 3 gezeigt ist. Analoge Fehlersignale mit positiver Polarität liegen über Dioden 50, 52 und Eingangswiderstände 70, 72 an den nicht-invertierenden Eingangsklemmen der Operationsverstärker 58 und 62 an. Die Verstärker 58 und 62 sprechen daher nur auf positive Fehlersignale und nicht auf negative Fehlersignale an. Negative Fehlersignale liegen über Dioden 54, 56 und Eingangswiderstände 74, 76 an den invertierenden Klemmen der Operationsverstärker 60 und an. Daher sprechen die Verstärker 60 und 64 auf negative Fehlersignale, nicht jedoch auf positive Fehlersignale an.

Die Operationsverstärker 58, 6O₉ 62 und 64 haben jeweils zwischen ihrem Ausgang und ihrem invertierenden Eingang einen Rückkopplungswiderstand_ρ der für άβια Verstärker 58 beispielsweise mit 66 bezeichnet ist. Eine Spannungsquelle 47 für regelbare Vorspannung ist über Widerstände 48 ebenfalls mit dem invertierenden Eingang jedes der Verstärker 58, 60, 62 und 64 verbunden, wie beispielsweise der Spannungsteiler 47a zeigt, der über Widerstand 48a mit dem Verstärker 58 verbunden ist.

Die Werte der Widerstände 66, 47 und 48 sind so gewählt, daß ein sehr niedriges Eingangssignal die Ausgänge der Operations^ verstärker 58, 60, 62 und 64 in den positiven oder negativen Sättigungsbereich bringen kann. Die Operationsverstärker 58 und 60 liefern daher ein positiv gesättigtes. Ausgangssignal, wenn das analoge Fehlersignal positive Polarität hat xrnä größer ist als die betreffende Verstärkorvo^spamiung. Wenn das nicht der Fall ist, also wsihi das analogs Peliiersigaai andere Y/erte aufweist, liegen di® Ausgänge dsr Verstärker und 62 im negativen Sättigungsbereieli. Beispielsweise wird der mit dem Verstärker 58 verbundene Spannungsteilerkreis 47a

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auf einen niedrigeren Vert als der Spannungsteilerkreis 47c eingestellt, der mit dem Operationsverstärker 62 verbunden ist. Wenn nun ein positives Fehlersignal größer wird, bestimmt der mit dem Verstärker 58 verbundene Spannungsteilerkreis 47a einen ersten quantisierten Pegel. Ein zweiter quantisierter Pegel für ein positives Analoges Fehlersignal wird durch den Spannuncsteilerkreis 47c festgelegt, der mit dem Verstärker 62 verbunden ist.

In entsprechender Weise wird ein erster quantisierter Pegel für ein negatives Fehlersignal am Ausgang aes Operationsverstärkers 60 festgelegt, wobei die Höhe dieses Pegels durch die Einstellung des Spannungsteilers 47b bestimmt wird. Ein zweiter quantisierter Pegel für ein negatives Fehlersignal wird am Ausgang des Operationsverstärkers 64 erzeugt, wobei die Höhe des Pegels durch den Spannungsteiler 47d festgelegt ist. Für negative Fehlersignale unterhalb dieser betreffenden Vorspannungseinstellungen sind die Ausgänge der Verstärker 60 und 64 im negativen Sättigungsberaich.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 58 liegt im positiven Sättigungsbereich, wenn ein positives Fehlersignal höher als der erste quantisierte Pegel ist, da der Eingangswiderstand 70 mit der nieht-invertierenden Eingangsklemme des Verstärkers 58 verbunden ist. Entsprechendes gilt für den Operationsverstärker 60, dessen Ausgang im positiven Sättigungsbereich liegt, wenn ein negatives Fehlersignal den ersten quantisierten Pegel übersteigt, da der Eingangswiderstand 74 an der invertierenden Eingangsklemme des Verstärkers 60 anliegt. Die Ausgänge der Verstärker 58 und 60 sind über Dioden 88 und 90, die gleichartig gepolt sind, mit der Verzweigung 89 verbunden. Das an der Verzweigung 89 auftretende Signal hat daher positive Polarität, wenn das analoge Fehlersignal den ersten quantisierten Pegel übersteigt, und zwar unabhängig von der Polarität

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des !Fehlersignals. In entsprechender Weise sind die Ausgänge der Verstärker 62 und 64 über Dioden 92 und 94 mit einer Verzweigung 91 verbunden. Das an der Verzweigung 91 auftretende Signal ist ebenfalls immer dann positiv, wenn das analoge Fehlersignal, gleichgültig mit welcher Polarität, den zweiten quantisierten Pegel überschreitet. Die links von der Linie A-A eingezeichnete Schaltung in Figur 3 stellt also im wesentlichen einen Analog/Digital-Wandler dar. Die an den Verzweigungen 89 und 91 auftretenden Signale sind die erwähnten Umschaltsignale zur Steuerung des Schalterkreises 26.

Ein Ausführungsbeispiel des Schalterkreises 26 ist schematisch in Figur 4 gezeigt, wobei gesteuerte Siliziumgleichrichter dazu dienen, die Versorgungsspannung für den Verstärker 29 umzuschalten. Figur 5 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem leistungstransistoren zum Umschalten der Versorgungsspannungen verwendet werden.

In dem Ausführungsbeispiel aus Figur 4 sind mehrere Spannungsquellen 132, 134 und 136 gezeigt, die drei verschiedene Versorgungsspannungen für den Verstärker 29 liefern. Zwei weitere Spannungsquellen 138 und 140 schalten zwei gesteuerte Siliziumgleichrichter 174 und 190, die die Spannungsversorgungen für den Verstärker 29 selektiv mit der Klemme 48 und Erdpotential verbinden. Ersichtliche,rweise müssen die für diesen Verwendungszweck gewünschten verschiedenen Spannungen parallel und nicht seriell anliegen. Ein weiterer gesteuerter Siliziumgleichrichter 202 schaltet die Siliziumgleichrichter 174 und 190 aus. Wenn das analoge Fehlersignal niedriger als der erste quantisierte Pegel ist, werden die Gleichrichter 202, I90 und 174 ausgeschaltet, und die erste oder niedrigste Versorgungaspannung 132 liegt über Diode 142 an der Klemme 48. Mn fester Widerstand 184 und ein Potentiometer 167 lieren parallel zwischen illenut 46 und Erdpotential. Ler Widerstund 184 liefert

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eine kinäestbelaatung für die Versorgungsspannung, und der Schleifer am Potentiometer 187 erzeugt ein Signal, das die Spannung wiedergibt, die von rllemme 48 am Brückenverstärker anliegt.

V/enn die Höhe des analogen Fehlersignals den ersten quantisierten Pegel übersteigt, jedoch niedriger als der zweite quantisierte Pegel ist, wird an der Verzweigung 89 aus Figur ein positives Schaltsignal erzeugt. Dieses Signal wird an die Basis des npn-Transistors 144 angelegt und spannt den Transistor 144 in den leitenden Zustand vor, wodurch der pnp-Transistor 162 leitet. Der Emitter des Transistors 162 liegt an der positiven Klemme der Spannungsversorgung 136, während sein Kollektor an der Steuerelektrode des Gleichrichters 174 anliegt, Wenn also Transistor 162 eingeschaltet wird, liegt die Spannungsversorgung 136 über die Kollektor-Emitter-Bahn des Transistors 162 an der Steuerelektrode des Gleichrichters 174 an, wodurch der Gleichrichter 174 eingeschaltet wird. Wenn der Gleichrichter 174 eingeschaltet ist, liegt die Spannung von der Spannungsversorgung 134 über die Anoden-Kathoden-Bahn des Gleichrichters 174 an Klemme 48 an. Die Diode 142 ist dann in Sperrichtung vorgespannt, und die zwischen Klemme 48 und Erdpotential auftretende Spannung ist dann die Summe der Versorgungsspannungen 138 und 140.

Wenn die Höhe des analogen Fehlersignals den zweiten quantisierten Pegel übersteigt, wird der Transistor 146 durch das Schaltöignal an der Verzweigung 91 eingeschaltet, so daß der Tranaistor 1ü6 die Spannung der Versorgungsquelle 138 an die Steuerelektrode des Gleichrichters 190 anlegt, um diesen Gleichrichter einzuschalten. Die Spannung der Versorgungsquelle 136 liegt dann über die Anoden-Kathoden-Bahn des Gleichrichters 190 an Klemme 48. Der Gleichrichter 174 und die Diode 142 sind in Sperrichtung vorgespannt, und die zwischen Klemme

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48 und Erdpotential auftretende Spannung ist dann die Summe der Versorgungsspannungen 132, 134 und 136.

Wenn die zwischen Klemme 48 und Brdpotential anliegende Spannung um einen bestimmten Betrag größer ist als jene Spannung, bei der der Servomotor mit gewünschter Geschwindigkeit dreht, sollte die Versorgungsspannung zwischen Klemme 48 und Erdpotential zweckmäßigerweise erniedrigt werden. Sobald jedoch ein gesteuerter Gleichrichter eingeschaltet ist, ist keine weitere Steuerung über die Gatterelektrode möglich, so daß der Anoden-Kathoden-Strom bis unter einen gewissen Wert erniedrigt werden muß, um den gesteuerten Gleichrichter auszuschalten. Eine Möglichkeit, das zu erreichen, besteht darin, den Anoden-Käthodenkreis des gesteuerten Gleichrichters kurzzeitig in Sperrichtung vorzuspannen.

In der Schaltung aus Figur 4 können die gesteuerten Gleichrichter 174 und 190 in Sperrichtung vorgespannt werden, indem der Transistor 196 kurzzeitig in den leitenden Zustand getriggert wird. Hierfür wird ein Zeitgeberpuls an die -Basis des Transistors 196 angelegt, der seinerseits den Transistor 198 in den leitenden Zustand vorspannt, so daß die positive Spannung von der Versorgungsquelle 140 über Transistor 198 am Steuereingang des gesteuerten Gleichrichters 202 anliegt und diesen Gleichrichter einschaltet. Wenn der gesteuerte Gleichrichter 202 leitet, wird die positive Spannung der Versorgungsquelle 138 über die Anoden-Kathoden-Bahn des gesteuerten Gleichrichters 202 an den Kondensator 206 angelegt. Der Kondensator 206 ist zu Beginn entladen und stellt deshalb anfangs einen Kurzschluß zwischen den Kathoden der gesteuerten Gleichrichter 202 und 190 dar, wodurch die Spannung an Klemme 48 gleich der Summe der Versorgungsspannungen 132, 134, 136 und 138 beträgt. Die gesteuerten Gleichrichter 190 und 174 und die Diode 142 sind also zu Beginn in Sperrichtung vor-

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gespannt, so daß ein durch die Anoden-Kathoden-Bahn der Gleichrichter 174 oder 190 fließender Strom unterbrochen wird, wodurch der leitende Gleichrichter abgeschaltet wird. Wenn der Kondensator 206 auf die Spannung der Versorgungsquelle 134 aufgeladen ist, kann eine entsprechend niedrigere Versorgungsspannung zwischen Klemme 48 und Erdpotential eingeschaltet werden, und zwar abhängig von der Größe des analogen Fehlersignals zu diesem Zeitpunkt.

Das an der Basis des Transistors 196 anliegende Taktzeitsignal wird außerdem einem monostabilen multivibrator 208 zugeführt, dessen Ausgang an der Basis eines npn-Transistors 212 anliegt. Der monostabile multivibrator 208 kann von der Abfallflanke des an der Basis des Transistors 196 anliegenden Taktzeitsignals eingeschaltet werden, so daß der Transistor 212 erst dann eingeschaltet wird, wenn der gesteuerte Gleichrichter 202 genügend lange im leitenden Zustand war, um den Kondensator 206 aufzuladen. Der Transistor 212 bleibt für eine bestimmte Zeitdauer eingeschaltet, die durch die Breite des Pulses vom monostabilen multivibrator 208 bestimmt wird. Die Basis des pnp-Transistors 222 ist mit dem Kollektor des Transistors 212 verbunden und wird in den leitenden Zustand vorgespannt, wenn der Transistor 212 leitet, wodurch der Kondensator 206 über den Transistor 222 und den Widerstand 228 entladen v/ird. Wenn der monostabile ^.Multivibrator 208 ausgeschaltet wird, hängt die Steuerung des Spannungsschalterkreises 26 wiederum vom Zustand des Schaltsignals an den Verzweigungen 89 und 91 ab.

Der an der Basis des Transistors 126 und am monostabilen Multivibrator 208 anliegende Taktzeitpuls wird von einem weiteren nonostabilen multivibrator 137 erzeugt, dessen Arbeitsweise anhand von Pi.ur 3 erläutert wird. Die an den Verzweigungen c9 und 91 auJtretenden Schaltsignale werden durch die

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entsprechenden Inverter 93 und 95 invertiert und an die Basiselektroden der npn-Transistoren 98 und 108 angelegt. Wenn also das Signal an der Verzweigung 89 negativ ist, ist der Ausgang des Inverters 93 positiv, und der Transistor 98 wird in den leitenden Zustand vorgespannt. Wenn das Signal an der Verzweigung 89 positiv ist, ist der Ausgang des Inverters 93 negativ, und der Transistor 98 wird ausgeschaltet.

^ Die Stromzufuhr zu einer Summierverzweigung 132 am invertie- ^ renden Eingang eines Operationsverstärkers 134 erfolgt über drei Stroinbahnen von der Klemme 130, die mit einer positiven Spannungsversorgung verbunden ist. Die erste Strombahn enthält einen variablen Widerstand 112, einen festen Widerstand 100 und eine Diode 122. Die zweite Strombahn enthält einen variablen Widerstand 116, einen festen Widerstand 102 und eine Diode 124. Die dritte Strombahn enthält einen variablen Widerstand 120, einen festen Widerstand 104 und eine Diode 126. Der Kollektor des Transistors 98 liegt zwischen dem Widerstand 102 und der Diode 124. Der Kollektor des Transistors 108 liegt zwischen dem Widerstand 104 und der Diode 126. Die Emitter der beiden Transistoren 98 und 108 sind geerdet. Der Operations- || verstärker 134 hat einen Rückkopplungswiderstand 140, der

zwischen seinem Ausgang und seinem invertierenden Eingang liegt« Mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 134 ist außerdem eine einstellbare Vorspannungsquelle 138 verbunden. Die Widerstände der drei Strombahnen zwischen Klemme 130 und Verzweigung 132 und die Widerstände der Vorspannunrsquelle 138 und des Bückkopplungswiderstands 140 sind so gewählt, daß der Operationsverstärker 134 als Pegeldetektor arbeitet, d. h. ähnlich den Operationsverstärkers 58, 60, 62, 64.

Wenn das analoge Fehlersignal kleiner als der erste quantisierte Pegel ist, v/erden beide Transistoren 98 und 108 in den leitenden Zustand vorgespannt und wirken wie geschlossene

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Schalter, so daß kein Strom durch die Dioden 124 oder 126 zur Sumrnierverzweigung 132 gelangen kann. Wenn das Fehlersignal den ersten quantisierten Pegel übersteigt, aber kleiner als der zweite quantisierte Pegel ist, wird der Transistor 98 in Sperrichtung- vorgespannt, so daß Strom durch die Diode 124 zur Sunmierverzweigung 132 fließen kann. Wenn das Fehlersignal den zweiten quantisierten Pegel übersteigt, wird der Transistor 108 in Sperrichtung vorgespannt, so daß Strom durch die Diode 126 zur Summierverzweigung 132 fließen kann. Der Ausgang des Operationsverstärkers 134 ist eine Funktion des Eingangsstroms seines nicht-invertierenden und seines invertierenden Eingangs. Der Strom des invertierenden Eingangs ist, wie oben beschrieben wurde, eine Funktion des quantisierten Pegels des analogen Fehlersignals. Die Eingabe am nicht-invertierenden Eingang ist eine Funktion der tatsächlich am Verstärker 29 anliegenden Spannung und wird am Schleiferkontakt des Potentiometers- 187 abgenommen und über Widerstand 142 dem Operationsverstärker 134 zugeführt. Die Vorspannungsquelle 138 und das Potentiometer. 187 sind so eingestellt, daß der Ausgang des Operationsverstärkers 134 positiv ist, wenn die tatsächlich am Verstärker 29 anliegende Spannung jene Spannung übersteigt, die zum Betrieb des Servomotors notwendig ist; in allen anderen Fällen ist der Ausgang des Operationsverstärkers 134 negativ. Der Ausgang des Verstärkers 134 ist mit dem monostabilen Multivibrator 137 verbunden, der den Taktzeitpuls liefert, der an den Transistor 19- und den monostabilen üultivibrator 208 angelegt wird.

Ein anderes Verfahren zum Abschalten der gesteuerten Gleichrichter 174 und 190 kann darin bestehen, daß der monostabile iuultivibrator 208, die Transistoren 212 und 222 und ihre angeschlossenen Widerstände, der Widerstand 228 und der Kondensator 206, die Versorgungsquellen 138 und 140, der gesteuerte Gleichrichter 202 und die Diode 204 fortgelassen werden.

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Zwei npn-Transistoren können dann mit ihren Kollektor-Emitter-Verzweigungen an die Basis-Emitter-Verzweigungen zweier Transistoren 32 und 36 aus Figur 2 angeschlossen werden. Die Basisklemmen dieser npn-Transistoren werden mit dem Ausgang des monostabilen Multivibrators 137 verbunden. Wenn bei dieser Anordnung die npn-Transistoren durch den Taktzeitpuls vom monostabilen Multivibrator 137 eingeschaltet werden, schließen sie die Basis-Emitter-Verzweigungen der Transistoren 32 und 36 kurz, wodurch die Emitter-Kollektor-Bahnen der Transistoren und 36 abgeschaltet werden und der Antriebsstroia kurzzeitig unterbrochen wird, woraufhin der leitende Gleichrichter 174 oder 190 ausgeschaltet wird.

Andere Verfahren zum Ausschalten der gesteuerten Gleichrichter 190 und 174 der Schaltung aus Figur 4 sind für Fachleute ersichtlich und sollen vom Erfindungsbereich umfaßt werden. Obwohl in Figur 4 nur die gesteuerten Gleichrichter 190 und 174 und die Versorgungsspannungen 132, 134 und 136 gezeigt sind, ist ersichtlich, daß eine beliebige Anzahl weiterer gesteuerter Gleichrichter und zugehöriger Versorgungsspannungen in entsprechender Weise vorgesehen sein können, um nach Wunsch eine größere Anzahl quantisierter Pegel zu schaffen.

Die Arbeitsweise der Schaltung aus Figur 5 ist ähnlich der aus Figur 49 wobei die leistungstransistoren 242 und 244 für die gesteuerten Gleichrichter aus Figur 4 vorgesehen sind, um die Versorgungsspannung in gewünschter Weise umschalten zu können. Die Dioden 182 und 192 verhindern, daß die Transistoren 242 und 244 in Sperrichtuag vorgespannt werden« Zur Vereinfachung der Darstellung sollen die npn-Transistoren 144 und 146 und ihre·zugehörigen Widerstände sowie die Yersorgungsspaaimngsquellen 132„ 134 und 136 den entsprechenden Schaltelementen aus Figur 4 entsprechen·

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Y/enn im Ausführungsbeispiel aus Figur 5 der npn-Transistor 242 oder der npn-Transistor 244 eingeschaltet wird, wird die Spannung von der positiven Klemme der Versorgungsciuelle 134 oder von der positiven Klemme der Versorgungsquelle 136 an die Kollektor-Emitter-Bahn des betreffenden Leistungstransistors 242 oder 244 und an die zugehörige Diode 182 oder 192 angelegt, wodurch die Diode 142 in Sperrichtung vorgespannt wird. Wenn der Transistor 144 eingeschaltet wird, wird auch die Diode 182 in Sperrichtung vorgespannt. Bei Verwendung der Schaltung aus Figur 5 ist der rechts der Linie A-A in Figur 3 eingezeichnete Abschnitt der Pegel-Detektorschaltung nicht erforderlich, da die Leistungstransistoren 242 und 244 lediglich durch eine Sperrvorspannung ausgeschaltet werden können.

Obwohl ia vorstehenden zwei spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist für Fachleute ersichtlich, daß im einzelnen Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, die in den Bereich der Erfindung fallen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Steuerschaltung für eine Last-Versorgungsquelle, "bei der elektrische Leistung einer Last gemäß einem Eingangssignal zugeführt wird, gekennzeichnet durch elektrische Versorgungsvorrichtungen, um der Last Leistung zuzuführen, wobei die Leistungsversorgung für die Last durch die Größe der Leistungsabgabe fähigke it der Versorgungsvorrichtung begrenzt wird, und Steuervorrichtungen (24, 26), um die Größe der Leistungsabgabefähigkeit der Versorgungsvorrichtung als Funktion der Größe des Eingangssignals zu ändern.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1 zum Betrieb eines kotors, dadurch gekennzeichnet, daß ein uotor (10) eine Last (12) unter Steuerung eines Fehlersignals in einen gewünschten Zustand bringt und daß die· Differenz zwischen dem gewünschten Zustand der Last und dem gegenwärtigen Zustand der Last durch dieses Fehlersignal dargestellt wird, wobei die elektrische Versorgungsvorrichtung eine Spannungsversorgung (48} 132,134,136) enthält, die eine Versorgungsspannung liefert} wobei elektrische Antriebsvorrichtungen (29, 10) vorgesehen sind, die durch die Versorgungsspannung erregt und durch das Fehlersignal gesteuert werden, um den Liotor zu betreiben, wobei die maximale Leistung, die die Antriebsvorrichtung gemäß einem Fehlersignal

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an die Last liefern kann, durch die Höhe der Versorgungsspannung begrenzt wird, und wobei die Steuervorrichtung zum Andern der Leistungsabgabefähigkeit der elektrischen Versorgungsvorrichtung Vorrichtungen (24) enthält, um die Höhe der Versorgungsspannung als Punktion der Höhe des Fehlersignals zu ändern.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgungsvorrichtung mehrere Spannungsversorgungsguellen (48j 132, 134, 136) enthält und daß die Steuervorrichtung mehrere erregbare Schaltervorrichtungen (190, 174} 242, 244) enthält, um eine Strombahn von einer der verschiedenen Spannungsversorgungsquellen zur Antriebsvorrichtung zu schließen, wodurch eine bestimmte Versorgungsspannung an die Antriebsvorrichtung angelegt wird, wobei jede dieser Schalter-Vorrichtungen gemäß einem bestimmten Pegel des Fehlersignals erregt wird.
4. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dap Fehlersignal ein analoges Fehlersignal ist und daß ein Analog/Digital-Y/andler (Fig.3 links von A-A) eine Anzahl digitaler Steuersignale erzeugt, die jeweils einen bestimmten Größenbereich des analogen Fehlersignals darstellen, um die Vorrichtung (24, 26) zu steuern, die die Versorgungsspannung für die Antriebsvorrichtung ändert.
5. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Felllersignal ein analoges Fehlersignal ist und daß ein Analog/Digital-Y/andler (Fig.3 links von A-A) eine Anzahl digitaler Steuersignale erzeugt, die jeweils einen bestimmten G-röJfcenbereich des analogen Fehlersignals darstellen, um die Verrichtung (24, 26) zu steuern, die die Versorgungsspannung für die Antriebsvorrichtung ändert.

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6. · Steuerschaltung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung zum Ändern der Versorgungsspannung für die Antriebsvorrichtung eine Anzahl Dioden und eine Anzahl Transistoren enthält, wobei die Kollektor-Emitter-Bahn jedes Transistors zwischen einer Klemme einer zugehörigen Spannungs-Versorgung und einer Versorgungsklemme der Antriebsvorrichtung mit einer Diode in Serie geschaltet ist, wobei Jede Diode in Sperrichtung vorgespannt wird, wenn ein mit einer höheren Versorgungsspannung verbundener Transistor eingeschaltet wird.
7. Steuerschaltung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung zum Indern der Versorgungsspannung für die Antriebsvorrichtung eine Anzahl gesteuerter Gleichrichter (174, 190, 202) enthält, deren Anoden-Kathoden-Bahn zwischen einer Klemme einer zugehörigen Versorgungsspannung und einer Versorgungsklemme der Antriebsvorrichtung liegt, wobei spezielle Gleichrichter dieser gesteuerten Gleichrichter in Sperrichtung vorgespannt werden, wenn irgendeiner der gesteuerten Gleichrichter, der mit einer höheren Versorgungsspannung verbunden ist, erregt wird.
8. Hteuersehaltung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung weiterhin Vorrichtungen enthält, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn die Differenz zwischen einem Signal, das die an die Antriebsvorrichtung angelegte Spannuag darstellt, und einem Signal, das das Fehlersignal darstellt, eine bestimmte Größe überschreitet, und daß die Steuervorrichtung Vorrichtungen enthält, die auf das Ausge'ngssigrsal ansprechen, um die Anoden-Katiioden-Strombahn leitender Gleichrichter zu unterbrechen.
9. Steuerschaltung für eine last-Yersorgöngsqiieli© nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Strom gemäß einem Eingangssignal der last zugeführt wird, wobei

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der Strom, der der Last zugeführt wird, durch die Höhe der an die Antriebsvorrichtung angelegten Versorgungsspannung begrenzt wird.

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