DE4204229C3 - Phase synchronous control device - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Phasen-Synchron steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1.The invention is based on a phase synchronism control device according to the preamble of the patent claim 1.
Eine phasenkohärente Steuerung von Frequenzgenerato ren ist bekanntlich dann stets unerläßlich, wenn zwei oder mehrere Generatoren auf gleicher Frequenz in Parallelschaltung betrieben werden.A phase-coherent control of frequency generator ren is always indispensable if two or more generators on the same frequency operated in parallel.
Auch beim sog. Gleichwellen-Rundfunk, bei dem mehre re Rundfunksender das gleiche Programm auf gleicher Sendefrequenz ausstrahlen, ist es von vorrangiger Bedeutung, Frequenz und Phasenlage der einzelnen Gleichwellensender mit hoher Genauigkeit aufeinander abzustimmen, um in den Überlappungszonen des Empfangs gebietes möglichst ortsfeste Interferenzzonen zu erhalten.Also in so-called single-wave broadcasting, in which several re radio station the same program on the same Broadcast frequency, it is paramount Meaning, frequency and phase of each Single-wave transmitters with high accuracy on each other vote to in the overlap zones of reception to preserve the interference zones that are as stationary as possible.
Ein Übertragungssystem solcher Art, mit welchem über ein Gleichwellen-Sendernetz sowohl analoge Modulati onsinhalte als auch digitale Daten mit nur geringer Fehlerrate übertragen werden können, ist aus der US- Patentschrift Nr. 4.188.582 bekannt.A transmission system of this kind, with which over a single-wave transmitter network both analog modulati content and digital data with only a small amount Error rate can be transmitted is from the US Patent No. 4,188,582 known.
Bei diesem System werden mehrere, an voneinander ent fernten Standorten positionierte Sender mit gleicher Trägerfrequenz betrieben und über je eine Phasenre gelschleife (Phase-Lock-Loop) mit der von einem Zen tralsender ausgestrahlten Steuerfrequenz synchroni siert, die von entsprechenden Spezialempfängern am jeweiligen Senderstandort empfangen und aufbereitet wird.In this system, several are connected to each other distant locations positioned stations with the same Carrier frequency operated and each over a phase re gel loop (phase lock loop) with that of a Zen tralender broadcast control frequency synchroni based on the corresponding special recipients on received and processed the respective station location becomes.
Bei den in der drahtlosen Nachrichtentechnik verwen deten Sendefrequenzen, deren Wellenlänge im Verhält nis zur Länge der Übertragungswege klein ist, ergibt sich im Versorgungsgebiet des Gleichwellen-Sender netzes zwangsläufig eine interferente Feldstärkever teilung mit ausgeprägten Auslöschungszonen, in wel chen kein oder kein ungestörter Empfang möglich ist. Diese Zonen lassen sich zwar bei der Standortwahl für die Antennen der Empfangsgeräte im Prinzip umgehen; jedoch hat das nur dann einen Sinn, wenn sicherge gestellt werden kann, daß diese Auslöschungszonen ihre Lage nicht verändern. Voraussetzung dafür ist einerseits eine phasenstarre Synchronsteuerung aller auf gleicher Frequenz betriebenen Sendestationen - z. B. gemäß dem hier zitierten Vorschlag nach dem Stand der Technik - sowie andererseits die Wahl ei ner solchen Übertragungsfrequenz, bei der eine Raum wellen- oder Mehrwegeübertragung, wie z. B. im Kurz- und Mittelwellenbereich, nicht auftreten kann.Use in those in wireless communication technology transmit frequencies whose wavelength in the ratio nis to the length of the transmission paths is small in the coverage area of the single-wave transmitter network necessarily an interferent field strength ver division with pronounced extinction zones, in which no or undisturbed reception is possible. These zones can be selected for the location bypass the antennas of the receiving devices in principle; however, this only makes sense if certain can be put that these extinction zones do not change their position. requirement of it is on the one hand, a phase-locked synchronous control of all transmitting stations operated on the same frequency - e.g. B. according to the proposal cited here after State of the art - as well as the choice of egg ner such transmission frequency at which a room wave or multi-way transmission, such as B. in short and medium wave range, can not occur.
Unter diesen Gegebenheiten spielt es dann im übrigen keine Rolle, wenn die verschiedenen phasenstarr ge steuerten Gleichwellensender infolge unterschiedli cher Entfernungen vom Zentralsender mit einer zeit lich entsprechend voneinander abweichenden Anfangs phasenlage gesteuert werden; denn daraus resultiert nur eine, zwar von der Phasendifferenz abhängige, aber zeitlich wiederum konstante Ortsverschiebung der Auslöschungszonen im Versorgungsgebiet, die sich bei der Positionierung der Empfangsantennen umgehen lassen. Aufgrund dieser Zusammenhänge nimmt die genannte US-Patentschrift Nr. 4.188.582 auch kei nerlei Bezug auf eine etwaige Problemstellung hin sichtlich der im absoluten Zeitmaßstab absoluten Phasenlagen der Synchronsteuersignale.Under the circumstances, it then plays not matter if the different phase locked controlled single-wave transmitters as a result of differing distances from the central station at a time Lich differing beginning accordingly phasing can be controlled; because it results only one, depending on the phase difference, but again a constant shift in time the extinction zones in the coverage area, the positioning the receiving antennas let bypass. Because of these connections said U.S. Patent No. 4,188,582 also does not No reference to any problem obviously the absolute one in absolute time scale Phase positions of the synchronous control signals.
Besonders hohe Anforderungen an die Frequenz- und Pha senkohärenz von Frequenzgeneratoren bestehen bei der Anwendung sogenannter Tonfrequenz-Rundsteueranlagen, mit welchen die Energieversorgungsunternehmen zusätz liche Steuersignale über das Energieleitungsnetz über tragen, um beim Verbraucher installierte Mehrtarif- Stromzähler und Schaltrelais, je nach den gerade gege benen Lastverhältnissen, zentral steuern zu können.Particularly high demands on the frequency and pha there is a lack of coherence of frequency generators Application of so-called audio frequency ripple control systems, with which the energy supply companies additionally Liche control signals over the power line network to install multi-tariff Electricity meters and switching relays, depending on the load conditions, to be able to control centrally.
Bei den z. Zt. angewandten Verfahren wird der Versor gungsnetzspannung ein impulsgetastetes Steuersignal im Tonfrequenzbereich (z. B. 170 bis 500 Hz) zugesetzt. Bei der an den Einspeisepunkten erforderlichen Ampli tude des Steuersignals von etwa 5% der Netz-Nennspan nung beträgt die aufzubringende Impulsleistung des zugesetzten Tonfrequenzsignals 0,25% der maximalen Energieversorgungsleistung. Um die dabei insgesamt benötigte Tonfrequenz-Steuerleistung klein zu halten und die mit zunehmender Entfernung vom Einspeisepunkt gegebene Abnahme der verfügbaren Steuersignalamplitude auszugleichen, werden die Rundsteuersignale üblicher weise an mehreren voneinander entfernten Standorten gleichzeitig eingespeist. In the z. The currently applied procedure becomes the supplier supply voltage a pulse-gated control signal added in the audio frequency range (e.g. 170 to 500 Hz). With the Ampli required at the entry points tude of the control signal of about 5% of the nominal network voltage the impulse power to be applied is added audio frequency signal 0.25% of the maximum Power supply performance. To the total to keep the required audio frequency control power small and that with increasing distance from the entry point given decrease in the available control signal amplitude to compensate, the ripple control signals are more common wise at several distant locations fed in simultaneously.
Bei der niedrigen Signalfrequenz von nur 170 bis 500 Hz - entsprechend einer Wellenlänge von mehr als 500 km - bleiben die laufzeitbedingten Phasendifferenzen der von mehreren Einspeisepunkten ausgehenden Steuersig nale vergleichsweise gering gegenüber den Verhältnis sen in einem hochfrequenten Gleichwellen-Sendernetz. Daher entstehen im Versorgungsbereich bei näherungs weise gleichphasiger Steuerung der Generatoren prak tisch keine interferenzbedingten Totalauslöschungen der Steuersignale. Dennoch kommt es in den Überlappungs bereichen zwischen den Einspeisepunkten je nach Ampli tude und Phasendifferenz der verschiedenen Signalkom ponenten auch bei nur geringen Phasenabweichungen zu entsprechenden Interferenzen, welche erhebliche Lei stungsverluste verursachen und die beim Verbraucher verfügbare Steuersignalamplitude zusätzlich vermindern.At the low signal frequency of only 170 to 500 Hz - corresponding to a wavelength of more than 500 km - remain the phase differences of the Taxig starting from several entry points nale comparatively low compared to the ratio in a high-frequency single-wave transmitter network. Therefore arise in the supply area at approximation wise in-phase control of the generators practically no total erasures due to interference of the control signals. Still it comes in the overlap areas between the entry points depending on the ampli tude and phase difference of the different signal com components even with only small phase deviations corresponding interference, which considerable lei cause power losses and that to the consumer Reduce the available control signal amplitude.
Für den Fall einer über das ganze Energieversorgungsnetz annähernd gleichmäßigen Lastverteilung ergeben sich die günstigsten Verhältnisse diesbezüglich dann, wenn die Phasenlage der an den verschiedenen Einspeise punkten zugeschalteten Rundsteuersignale gleich ist.In the event of one over the entire energy supply network result in approximately even load distribution then the most favorable conditions in this regard, when the phase of the at the different feeders connected ripple control signals is the same.
Die Synchronisation der Steuersignale an den verschie denen Einspeisepunkten wird bisher im allgemeinen über zwischen diesen bestehende separate Leitungsverbindun gen realisiert, deren Laufzeitdifferenzen durch ent sprechende Phasenregelvorrichtungen ausgeglichen wer den müssen. Infolge der vielfältigen äußeren Einflüsse auf den langen Leitungswegen haben sich jedoch die auf diese Weise erreichte Kurz- und Langzeitstabilität der Phasenkohärenz als nicht befriedigend erwiesen. Beson ders von Nachteil ist der Umstand, daß die an den Ein speisepunkten notwendigen Phasenkorrekturvorrichtungen eine empirische Einstellung und Kontrolle erfordern, um die in den kritischeren Bereichen des Versorgungs gebietes verfügbare Signalamplitude auf einen ausrei chend hohen Wert einzustellen und auf diesem zu halten.The synchronization of the control signals to the various which entry points have so far been generally about existing separate line connections between them gen realized, the maturity differences by ent speaking phase control devices compensated who have to. As a result of the diverse external influences on the long lines, however, they are open this achieved short and long-term stability of the Phase coherence proved unsatisfactory. Especially Another disadvantage is the fact that the one necessary phase correction devices require empirical attitude and control to those in the more critical areas of care range available signal amplitude to a sufficient set a high value and keep it.
Zur Verbesserung der Stabilität von Steuergeneratoren allgemein sowie speziell solcher zum Zwecke der Rund steuerung für Energieversorgungsnetze, sind mehrere technische Vorschläge bekannt.To improve the stability of control generators general as well as specifically for the purpose of round control for energy supply networks, are several known technical suggestions.
In der nicht vorveröffentlichten EP 0 543 028 wird ein Verfahren zum Erzeugen eines frequenzstabilen Signals bei einem Rundsteuergerät eines Energieversorgungsnetzes vorgeschlagen, bei dem als Basissignal mindestens ein Sendesignal eines Satellitensenders verwendet wird. Bevorzugt werden bei diesem Verfahren Signale der Satelliten des Global Positioning Systems (GPS) mit ihren hochgenauen Zeitmarken ausgewertet.In the unpublished EP 0 543 028 a Method for generating a frequency stable signal in a ripple control device of a power supply network proposed in which at least one as the base signal Transmission signal from a satellite transmitter is used. Signals from the satellites are preferred in this method of the Global Positioning System (GPS) with their highly accurate time stamps evaluated.
Die vorveröffentlichte EP 0 362 406 betrifft ein System zur Fehlerortsbestimmung, insbesondere bei Unterbrechungen von Energieversorgungsleitungen. Auch hier werden Satellitensignale des Global Positioning Systems dazu verwendet, um ein hochgenaues Zeitsignal zu generieren, mit Hilfe dessen durch Laufzeitmessungen der Fehlerort der gestörten Leitungen bestimmt wird.The previously published EP 0 362 406 relates to a system for determining the fault location, especially in the event of interruptions of power supply lines. Also be here Satellite signals from the Global Positioning System used to generate a highly accurate time signal with the help of the runtime measurements of the fault location the faulty lines is determined.
Um ganz allgemein bei einem Oszillator bzw. Frequenz generator möglichst hohe Frequenzkonstanz zu erreichen, ist es aus der US-Patentschrift Nr. 4.525.685 bekannt, als Steuersignal die Frequenz eines terrestrischen Zeit signalsenders und dessen Zeitcode-Modulation auszuwerten, wie z. B. die Signale der Station WWVB des NBS (National Bureau of Standards) in den USA. Der besondere Vorteil des hier vorgeschlagenen Systems liegt darin, daß die beim Empfang der Trägerfrequenz des Zeitnormalsenders als Folge der Selektionsmittel des Empfängers unver meidbaren Phasen-Jitter innerhalb eines durch die Zeit modulation gegebenen Zeitrahmens auf ihren statistischen Mittelwert zu näherungsweise Null integriert und somit nicht auf die Frequenz des zu synchronisierenden Oszillators übertragen werden.To be more general with an oscillator or frequency to achieve the highest possible frequency consistency, it is known from U.S. Patent No. 4,525,685, as a control signal the frequency of a terrestrial time evaluate signal transmitters and their time code modulation, such as B. the signals of the WWVB station of the NBS (National Bureau of Standards) in the United States. The special advantage of the system proposed here is that the when receiving the carrier frequency of the time standard transmitter as a result of the selection means of the recipient avoidable phase jitter within one through time modulation given time frame on their statistical Average integrated to approximately zero and thus not on the frequency of the oscillator to be synchronized be transmitted.
Damit lassen sich Oszillatoren mit der sendeseitig gegebenen Frequenzgenauigkeit der Zeitsignale realisieren, die für eine Vielzahl von Aufgaben in Forschung und Entwicklung sowie in der industriellen Fertigung gebraucht werden.This allows oscillators with the transmit side realize the given frequency accuracy of the time signals, those for a variety of research tasks and development as well as in industrial manufacturing to be needed.
Mit diesem System zur Steuerung sekundärer Oszillatoren und Generatoren hoher Frequenzgenauigkeit ist es jedoch nicht möglich, deren Schwingung auch in der Phase im absoluten Zeitmaßstab festzulegen. Da für die zuvor ge nannten Anwendungsfälle einerseits allein die bei beliebiger Phasenstarrheit gegebene Frequenzgenauigkeit von Bedeutung ist und andererseits eine zeitgleiche Absolutphase infolge der selektionsbedingten Jitter-Störungen des Zeitsignalempfängers auf diesem Wege auch technisch nicht realisierbar ist, nimmt die genannte US-PS 4.525.685 diesbezüglich auch keinen Bezug auf eventuelle Probleme solcher Art.With this system to control secondary oscillators and generators of high frequency accuracy, however not possible, their vibration also in the phase in to set the absolute time scale. As for the previously ge named use cases on the one hand only with any Phase rigidity given frequency accuracy of Significance is and on the other hand a simultaneous absolute phase due to the selection-related jitter disturbances of the time signal receiver in this way also technically is not feasible, takes the aforementioned U.S. Patent 4,525,685 in this regard also no reference to any problems of such Art.
Unabhängig von den aufgezeigten Einschränkungen dieses Systems ist eine so konzipierte Anordnung auch zur Syn chronisation von Rundsteueranlagen vorgeschlagen worden, und zwar auf dem Wege einer Auswertung der Signale des Zeitmarkensenders DCF 77 der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt Braunschweig. Zur Verminderung des Ein flusses selektionsbedingter Jitter-Störungen des Empfängers wird hier die Meinberg-Baugruppe PZF 535 eingesetzt (s. Zeitschrift "Elektronikpraxis", Nr. 5/1988, S. 118).Regardless of the limitations shown this Systems is such an arrangement designed for syn Chronization of ripple control systems have been proposed namely by evaluating the signals of the Time stamp transmitter DCF 77 of the physical-technical Federal Institute of Braunschweig. To reduce the on flow of selective jitter interference in the receiver the Meinberg assembly PZF 535 is used here (see magazine "Elektronikpraxis", No. 5/1988, p. 118).
Trotz der hier als erreichbar angegebenen Verbesserung der Genauigkeit des Zeittaktes am Empfängerausgang um einen Faktor 100 lassen sich die resultierenden Phasen abweichungen der Steuergeneratoren nicht im für Rund steuerungen zulässigen Toleranzbereich halten. Darauf wird später an anderer Stelle noch näher Bezug genommen.Despite the improvement indicated here as achievable the accuracy of the timing at the receiver output the resulting phases can be a factor of 100 deviations of the control generators not for round controls within the permissible tolerance range. Thereon will be referred to later in more detail later.
Aus der firmeneigenen Druckschrift der Fa. Ball Efratom Division, Ausgabe 1/89, S. 14.9 bis 14.11, ist es ferner bekannt, einen 10-MHz-Rubidium-Oszillator durch das Zeitsignal eines GPS-Satelliten zu kontrollieren. Das erfolgt hier mit Hilfe eines Teilers im Verhältnis 10⁷:1, indem ein vom Oszillator abgeleitetes 1-Hz-Signal durch das GPS-Zeittaktsignal jeweils in der Phase gesetzt wird.From the company's own publication from Ball Efratom Division, edition 1/89, pp. 14.9 to 14.11, it is also known a 10 MHz rubidium oscillator by the Check the time signal of a GPS satellite. The takes place here with the help of a divider in the ratio 10⁷: 1, by passing a 1 Hz signal derived from the oscillator the GPS clock signal is set in phase becomes.
Durch eine Änderung des Teilerverhältnisses lassen sich mit dieser Schaltung zwar auch andere Frequenzen als 1Hz erzeugen, aber nur wenige ganzzahlige Werte, die eine Synchronisation durch den GPS-Zeittakt zulassen.By changing the divider ratio, with this circuit other frequencies than Generate 1Hz, but only a few integer values that allow synchronization by the GPS timing.
Eine Zeittakt-Synchronisation dieser Frequenzen auf einen definierten, frei wählbaren Anfangsphasenwert, beogen auf den GPS-Zeittakt, ist mit dieser Schaltung nicht möglich.A timing synchronization of these frequencies a defined, freely selectable initial phase value, based on the GPS timing, is with this circuit not possible.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, für Tonfrequenz-Rundsteueranlagen der Energieversorgungsnetze eine Phasen-Synchronsteuerein richtung zu entwickeln, welche es gestattet, an beliebigen Einspeisepunkten synchrone Rundsteuersignale in das Netz einzugeben, deren Frequenzen frei wählbar und deren Anfangsphasen mit hoher Genauigkeit stabil und in definiertem Versatz zueinander voreinstellbar sind.Based on this state of the art, it is a task of the invention, for audio frequency ripple control systems Power supply networks a phase synchronous control to develop a direction that allows any Synchronous ripple control signals in enter the network, its frequencies freely selectable and whose initial phases are stable with high accuracy and can be preset in a defined offset to each other.
Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is carried out according to the characteristic features of claim 1 solved.
Gegenüber dem aufgezeigten Stand der Technik bietet die erfindungsgemäße Lösung zum einen den Vorteil, daß bei geringem technischem Aufwand nicht nur alle ganzzahligen, sondern auch alle rational gebrochenen Signalfrequenzwerte direkt durch den GPS-Zeittakt kontrolliert dargestellt werden können.Compared to the prior art shown, the solution according to the invention has the advantage that low technical effort not only all integer, but also all rationally broken signal frequency values displayed directly controlled by the GPS timing can be.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, bei einem Rundsteuernetz die einzelnen Generatoren an den verschiedenen Einspeisepunkten mit fest definierten Phasendifferenzbeträgen betreiben zu können, die bei jedem GPS-Zeittakt hochgenau kontrolliert werden. Damit gelingt es, auch bei Energieversorgungsnetzen mit einer über das gesamte Netz sehr unterschiedlichen Lastverteilung eine möglichst wenig ortsabhängige Amplitude der Rundsteuersignale bei zugleich geringem Leistungsbedarf sicherzustellen.Another advantage is with a ripple control network the individual generators at the various entry points with fixed phase difference amounts to be able to operate at every GPS timing be controlled with high precision. So it works, too in energy supply networks with one over the entire Network of very different load distribution one as possible little location-dependent amplitude of the ripple control signals ensure low power requirements at the same time.
Speziell auch im Vergleich mit dem bereits zum Stand der Technik genannten Vorschlag, die Signale terrestrischer Zeittaktsender, wie z. B. DCF 77, für die Synchronisation von Rundsteuersignalen zu verwenden, läßt sich der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung durch nachfolgendes Rechen beispiel belegen; denn auch mit Anwendung einer korrelativen Ausmittelung selektionsbedingter Phasen-Jitter, wie es mit Einsatz der Meinberg-Baugruppe PZF 535 gelingt, reicht die Genauigkeit des DCF-77-Zeittaktes nicht aus, um bei Einspeisung der Rundsteuersignale an verschiedenen Punkten des Versorgungsnetzes unakzeptable Leistungsverluste zu vermeiden.Especially also in comparison with the state of the art Technique called proposal, the signals more terrestrial Clock transmitters, such as B. DCF 77, for synchronization of ripple control signals can be used to advantage the arrangement according to the invention by the following calculation prove example; because even using a correlative Averaging phase jitter caused by selection, such as it succeeds with the use of the Meinberg assembly PZF 535, the accuracy of the DCF-77 clock is not sufficient, to feed various ripple control signals Points of the supply network unacceptable performance losses to avoid.
So ergibt sich z. B. für den praktischen Fall von nur zwei Einspeisepunkten eines Rundsteuernetzes, an welchen je eine Signalleistung vom Wert N zur Einspeisung kommt, der von der Phasendifferenz Δϕ abhängige zusätzliche Leistungsbedarf - bei vorgegebener Signalamplitude in der Netzmitte - zuSo there is z. B. for the practical case of only two entry points of a ripple control network, at which one signal power each of the value N for infeed comes, the dependent on the phase difference Δϕ additional Power requirement - with a given signal amplitude in the middle of the network - too
Nz = N · 6 · sin² ϕ/2N z = N · 6 · sin² ϕ / 2
Damit müssen bereits bei einer Phasendifferenz von Δϕ = 30° 40% mehr Signalleistung aufgewendet werden. Dieser Wert steigt mit wachsender Phasenabweichung steil an und erreicht bei Δϕ = 45° schon 75%.This means that even with a phase difference of Δϕ = 30 ° 40% more signal power is used. This value increases and increases with increasing phase deviation at Δϕ = 45 ° already 75%.
Unter der großzügigen Annahme, daß eine Phasenabweichung von Δϕ = 30° max. mit einem Leistungsmehrbedarf von 40% noch akzeptabel sein möge, läßt sich jedoch leicht zeigen, daß dazu eine Zeitsteuerung auf Basis der DCF-77-Signale selbst mit der über die PZF-535-Baugruppe erzielbaren Verbesserung nicht ausreicht.With the generous assumption that there is a phase deviation of Δϕ = 30 ° max. with an additional performance requirement of 40% may still be acceptable, but is easy to show that a time control based on the DCF-77 signals even with the one that can be achieved with the PZF-535 module Improvement is not enough.
Als Folge der unverzichtbaren Selektionsmittel im Eingang des DCF-77-Empfängers und der dadurch bedingten Phasenjitter muß von einer Sekundentaktgenauigkeit des DCF-77-Empfangssignals in Höhe von 30 msek ausgegangen werden, welche dann am Ausgang der PZF-535-Einheit nur noch 0,3 msek beträgt.As a result of the indispensable selection means in the inbox of the DCF-77 receiver and the related ones Phase jitter must have a second clock accuracy of Received DCF-77 signal of 30 msec which are then only at the output of the PZF-535 unit is still 0.3 msec.
Damit ergibt sich aber bereits bei einer Rundsteuer frequenz von nur 277 Hz der geforderte Grenzwert für die Toleranz zuThis already results in a ripple tax frequency of only 277 Hz is the required limit for the Tolerance too
Δϕ = 360° · 0,3 · 10-3 · 277 = 30°Δϕ = 360 ° 0.3 · 10 -3 · 277 = 30 °
Praktisch wird somit hier die maximal zulässige Phasen toleranz allein durch das System voll ausgeschöpft und bei höheren Signalfrequenzen als 277 Hz bereits über schritten. Eine "Gangreserve" bei störungsbedingtem Ausfall der Zeitsteuersignale ist damit auf diesem Wege nicht realisierbar.The maximum permissible phases become practical here tolerance fully exhausted by the system and already higher at signal frequencies higher than 277 Hz steps. A "power reserve" in the event of a fault Failure of the timing signals is on this way not feasible.
Demgegenüber wird mit Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung bei einer Sekundentaktgenauigkeit des empfangenen GPS-Signals von 100 nsek und mit der direkten Phasen synchronisierung der digital erzeugten Signalfrequenz und bei einer z. B. hohen Signalfrequenz von 900 Hz eine maximale Systemtoleranz vonIn contrast, with the application of the invention Solution with an accuracy of one second of the received GPS signal of 100 nsec and with the direct phases synchronization of the digitally generated signal frequency and at a z. B. high signal frequency of 900 Hz a maximum system tolerance of
Δϕ = 360° · 10-7 · 900 = 0,032°Δϕ = 360 ° x 10 -7 x 900 = 0.032 °
sichergestellt.ensured.
Bei dieser Lösung, die um den Faktor 10-3 günstiger liegt, kann daher die Phasenabweichung Δϕ stets praktisch auf Null bzw. auf einem gewünschten Phasenoffsetwert in der Mitte des zulässigen Toleranzbereichs gehalten werden. Dieser steht dann vollständig für eine entsprechend langzeitige Gangreserve bei einem Ausfall der Satellitensignale zur Verfügung.With this solution, which is cheaper by a factor of 10 -3 , the phase deviation Δϕ can therefore always be kept practically at zero or at a desired phase offset value in the middle of the permissible tolerance range. This is then fully available for a correspondingly long-term power reserve in the event of a satellite signal failure.
Auch bei Ansatz von mehr als zwei Einspeisepunkten in einem Rundsteuernetz resultieren rechnerisch im Prinzip die gleichen Ergebnisse, wie vorstehend gezeigt.Even if more than two entry points are approached in In principle, a ripple control network arises the same results as shown above.
Basis eines jeden Phasennormal-Steuergenerators der erfindungsgemäßen Phasen-Synchronsteuereinrichtung ist ein digitaler Signalgenerator 1, welcher von ei nem mit konstant geregelter Heizofentemperatur betrie benen, quarzkontrollierten Referenzoszillator 2 getaktet ist. Damit wird eine Frequenzstabilität von 5×10-8/Monat zugrunde gelegt.The basis of each phase normal control generator of the phase synchronous control device according to the invention is a digital signal generator 1 which is operated by a quartz-controlled reference oscillator 2 operated by a constantly controlled heating furnace temperature. This is based on a frequency stability of 5 × 10 -8 / month.
Mit der weiteren und vorrangig zur Wirkung gebrachten Synchronisation jedes digitalen Frequenzgenerators 1 durch von einem Satellitenempfänger 3 zugeführte Zeit taktsignale wird die Anfangsphasenlage der digital er zeugten Schwingung eines jeden Generators, z. B. je weils im Sekundentakt, auf einen festen Wert gelegt. Der weitere Schwingungsverlauf folgt dem vom Refe renzoszillator 2 bestimmten Taktsignal.With the further and primarily brought synchronization of each digital frequency generator 1 by clock signals supplied by a satellite receiver 3 , the initial phase position of the digitally generated vibration of each generator, z. B. because every second, set to a fixed value. The further waveform follows the clock signal determined by the reference oscillator 2 .
Durch Eingabe eines für die Frequenz und die Anfangsphase kennzeichnenden Codewortes für die Anwahl der Startadresse zum Auslesen der Spannungswerte aus dem Signalwertspeicher des Prozessors wird sowohl die ge wünschte Frequenz festgelegt, als auch der gewünschte, gegebenenfalls von Null abweichende Phasenwert, mit dem die digital erzeugte Schwingung zu einem definierten, aus dem GPS-Signal abgeleiteten Zeittaktpunkt startet und dann im weiteren Verlauf durch die nach folgenden Zeittakte jeweils kontrolliert bzw. korrigiert wird.By entering one for the frequency and the initial phase characteristic code word for the selection of Start address for reading the voltage values from the Processor signal value memory is both the ge desired frequency, as well as the desired, possibly non-zero phase value, with which the digitally generated vibration to a defined, timing point derived from the GPS signal starts and then continues through the after controls or corrects the following time cycles becomes.
Eine erste Erfindungsweiterbildung beinhaltet die Lehre gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 2.A first further development of the invention includes the teaching according to the characterizing part of patent claim 2.
In einer Prozessorschaltung 4 wird die Frequenz des Referenzoszillators 2 über eine vom Zeittaktsignal des Satellitenempfängers 3 gesteuerte Torschaltung in der so definierten Torzeit gemessen und mit der Sollfrequenz verglichen, deren Wert in der Prozessor schaltung 4 gespeichert ist. Aus der Frequenzabweichung wird in einem von ihrem Anfangsbetrag abhängigen, zeit lich entsprechend abgestuften Prozeß auf digitalem Wege eine Korrekturspannung aufgebaut, mit Hilfe wel cher schrittweise eine Feinkorrektur der Frequenz abstimmung des Referenzoszillators 2 in Richtung auf den theoretischen Sollwert herbeigeführt wird.In a processor circuit 4 , the frequency of the reference oscillator 2 is measured via a gate circuit controlled by the timing signal of the satellite receiver 3 in the gate time defined in this way and compared with the target frequency, the value of which is stored in the processor circuit 4 . From the frequency deviation, a correction voltage is built up digitally in a process that is dependent on its initial amount and is graded in time, with the help of which gradual correction of the frequency of the reference oscillator 2 is brought about in the direction of the theoretical target value.
Damit wird erreicht, daß der Schwingungsverlauf der Signalspannung des Referenzoszillators 2 eines jeden Generators auch in der gesamten Zeitspanne zwischen den - z. B. im Sekundentakt - zur vorrangigen Synchro nisation ausgewerteten Satelliten-Zeittaktsignalen mit hoher Präzision den angestrebten Verlauf beibe hält. Der Wert des bei jedem Zeittakt durch diese Zwangssynchronisation bewirkten Phasensprunges der Referenzschwingung strebt mit jedem Schritt dieses automatischen Feinabstimmvorganges weiter gegen den Wert Null.This ensures that the waveform of the signal voltage of the reference oscillator 2 of each generator also in the entire period between the - z. B. every second - for priority synchronization evaluated satellite timing signals with high precision keeps the desired course beibe. The value of the phase jump of the reference oscillation caused by this forced synchronization at each time pulse strives towards the value zero with each step of this automatic fine-tuning process.
Eine zweite Weiterbildung der Erfindung liegt in der Anwendung der Lehre gemäß dem Kennzeichen des Patent anspruchs 3.A second development of the invention lies in Application of the teaching according to the characteristic of the patent claim 3.
Hiermit wird - nach vorausgegangener, ausreichender Einlaufzeit und weitgehender Annäherung der automati schen Feinabstimmung der Referenzoszillatoren 2 an die Sollfrequenz - erreicht, daß die Phasennormal-Steuer generatoren der Synchronsteuereinrichtung die gewünsch te Phasenlage der erzeugten Schwingung auch bei Aus fall der Satelliten-Zeittaktsignale mit einer Toleranz aufrechterhalten, die bis zu einer Größenordnung besser liegt als bei bisher bekannten Anordnungen.This is - after previous, sufficient run-in time and extensive approximation of the automatic fine tuning of the reference oscillators 2 to the target frequency - achieved that the phase normal control generators of the synchronous control device, the desired te phase position of the generated vibration even in the event of failure of the satellite clock signals with a tolerance maintained, which is up to an order of magnitude better than with previously known arrangements.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Phasennormal- Steuergenerators, wie er in der Phasen-Synchronsteuer einrichtung nach der Erfindung mehrfach zum Einsatz kommt, mit den wichtigsten Datenbus- und Steuerver bindungen. Darin ist: Fig. 1 shows the block diagram of a phase normal control generator, as it is used several times in the phase synchronous control device according to the invention, with the most important data bus and Steuerver connections. In it is:
1 Digitaler Synthesizer (DDS)
2 Referenzoszillator
3 SAT-Empfänger (z. B. GPS)
4 Prozessor (Torschaltung, Zähler, Speicher, D/A-Wandler)
5 Steuer-Keybord mit Display. 1 digital synthesizer (DDS)
2 reference oscillator
3 satellite receivers (e.g. GPS)
4 processor (gate, counter, memory, D / A converter)
5 control keyboard with display.
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