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Verfahren und Schaltungsanordnung zum Regeln des Drehzahlverhältnisses zweier Antriebseinheiten auf einen vorbestimmten Wert
Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, die bekannte Technik zum Regeln des Drehzahlverhältnisses zweier Antriebseinheiten auf einen vorbestimmten Wert zu bereichern und insbesondere die erreichbare Regelgenauigkeit durch Anwendung digitaler Messmethoden wesentlich zu verbessern.
Es sind bereits Anordnungen zum Regeln des Drehzahlverhältnisses mehrerer Antriebseinheiten mittels digitaler Methoden bekannt (vgl. deutsche Patentschrift Nr. 1068035, SSW, ferner deutsche Patentschrift Nr. 969113, Licentia, den Bd. 4 der VDE-Reihe"Steuerungen und Regelungen elektrischer Antriebe", S. 363 und 364). Ferner wurden digitale Methoden zur Messung von Geschwindigkeitsverhältnissen noch durch die Schweizer Patentschrift Nr. 330173 (SSW) und die Elektrotechnische Zeitschrift, Ausgabe A Bd. 78, 1957, insbesondere S. 774 und Brown Boveri-Mitteilungen Bd. 44, S. 484 bekannt. Aus diesen Druckschriften geht auch hervor, dass es an sich bekannt ist auf digitalem Wege das Integral der Regelabweichung zu bilden und zu einer ihm analogen Steuergrösse für den Reglereingang umzuformen.
Die im folgenden beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Drehzahlverhältnisses zweier oder mehrerer Antriebseinheiten, von denen mindestens eine eine unter dem Einfluss einer Steuergrösse veränderbare Abtriebsdrehzahl aufweist, wobei die Umdrehungszahlen der Antriebseinheiten bzw.
Bruchteile davon, digital in einem jeder Antriebseinheit zugeordneten Impuls-Zählwerk gezählt werden und das Integral der Differenz der Zählwert als Integral der Regelabweichung zur Bildung einer ihm proportionalen analogen Steuergrösse für den Regler dient, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zuerst auf einen vorbestimmten Endzählwert gelangenden Zählwerk die Weiterzählung unterbrochen wird und von diesem Augenblick an die das andere, noch nicht auf seinem Endzählwert befindliche Zählwerk schaltenden Impulse gleichzeitig additiv bzw.
subtraktiv in einem Differenzzählwerk zu dem darin vorhandenen Wert vorzeichengerecht so lange mitgezählt werden, bis auch das andere Zählwerk auf seinen vorbestimmten Endzählwert gelangt ist, worauf beide Zählwerke zu einer neuen Zählung gestartet werden, während das Differenzzählwerk auf dem erreichten Stand stehen bleibt, und dass der jeweilige Stand des Differenzzählwerkes nach betrags-und richtungsgemässer Umwandlung in eine analoge Grösse die genannte Steuergrösse darstellt.
Die Erfindung beinhaltet ferner eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens, umfassend zwei elektromotorische Einheiten, von denen die eine unter dem Einfluss einer elektrischen Steuergrösse in ihrer Drehzahl veränderbar ist, sowie je einen jeder Antriebseinheit zugeordneten Impulsgeber, welche je pro Umdrehung der zugeordneten Antriebswelle eine vorbestimmte Zahl von elektrischen Impulsen erzeugen, sowie je ein Zählwerk, welche Zählwerke je die Impulse des ihnen zugeordneten Impulsgebers zählen, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Impulsgebern erzeugten Impulse je über eine elektrische von impulsleitenden in den sperrenden Zustand umsteuerbare Torschaltung Tl bzw. T2 zu den Zählwerken IZ1 bzw. IZ2 geleitet werden und ausserdem über eine gleichartige zweite Torschaltung T3 bzw.
T4 bei impulsleitendem Tor dem additiven bzw. subtraktiven Eingang eines Differenzzählwerkes DZ zugeführt werden, wobei die Impulszählwerke IZI bzw. IZ2 unter Verwendung von Hilfsschaltorganen FI bzw. F2 je nach Erreichung eines Endzählwertes ihre eigene erste Torschaltung T l bzw. T2 sperren und die zweite Torschaltung T4 bzw. T3 des andern Impulszählwerkes durchlässig machen und ferner eine Koinzidenzschaltung K nach erfolgter Umschaltung beider zweiter Torschaltungen T3, T4 in den leiten-
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den Zustand die beiden ersten Torschaltungen wieder in den leitenden und die beiden zweiten Torschaltungen wieder in den sperrenden Zustand zurücksteuert, während das Differenzzählwerk die genannte
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dem momentanen Zählerstand erzeugt.
Eine elektrische Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Drehzahl-Regelungs- verfahrens, umfassend zwei elektromotorische Antriebseinheiten, von denen die eine unter Einfluss einer elektrischen Steuergrösse in ihrer Drehzahl veränderbar ist, kennzeichnet sich dadurch, dass jede Antriebs- einheit einen zugeordneten Impulsgeber antreibt, die dazu bestimmt und ausgebildet sind, je pro Um- drehung der zugeordneten Antriebswelle eine vorbestimmte Zahl von elektrischen Impulsen zu erzeugen, welche Impulse je über eine elektrisch vom impulsleitenden in den sperrenden Zustand umsteuerbare erste Torschaltung zu einem integrierenden Zählwerk geleitet werden und ausserdem über je eine gleich- artige zweite Torschaltung je nach deren momentanen Schaltzustand, auch dem additiven bzw.
subtrak- tiven Eingang eines integrierenden Differenzzählwerkes zugeführt werden, wobei die Impulszählwerke unter Verwendung von Hilfsschaltorganen je nach Erreichung eines Endzählwertes ihre eigene erste Tor- schaltung sperren und die zweite Torschaltung des andern Impulszählwerkes durchlässig machen und ferner eine Koinzidenzschaltung nach erfolgter Umschaltung beider zweiter Torschaltungen in den leitenden Zustand die beiden ersten Torschaltungen wieder in den leitenden und die beiden zweiten Torschaltungen. wieder in den sperrenden Zustand zurücksteuert, während das Differenzzählwerk die genannte elektrische Steuergrösse für die steuerbare Antriebseinheit grossen-und vorzeichenentsprechend dem in jeder Zählperiode erreichten Zählwert erzeugt.
Eine derartige Regelschaltung soll nicht speziell dazu bestimmt sein, die bekannten und üblichen analog rechnenden radometrischen Drehzahlregelungen zu ersetzen, sondern eher dazu, diese für besonders hohe Genauigkeitsanforderungen zu ergänzen.
In der Zeichnung ist schematisch eine Schaltungsanordnung als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Mit Ml bzw. M2 sind zwei Motoren bezeichnet, die je eine Abtriebswelle Wl bzw. W2 antreiben, wobei die Drehzahlen dieser beiden Wellen in einem vorbestimmten Verhältnis, z. B. im Gleichlauf (Drehzahlverhältnis = 1 : 1), zu halten seien. Zu diesem Zweck seien den beiden Motoren MI bzw. M2 je eine Regelschaltung Rl bzw. R2 zugeordnet, an denen je eine gewünschte absolute Solldrehzahl einstellbar sei. Die Regelschaltung Rl sei ausserdem stufenlos oder feinstufig regulierbar in Abhängigkeit vom momentanen Vorzeichen und der Grösse einer elektrischen Regelspannung : 1 :. Ur, u. zw. so, dass ein positiver Wert der Regelspannung Ur eine entsprechende Drehzahlsteigerung und ein negativer Wert der Regelspannung eine entsprechende Drehzahlverminderung des Motors Ml gegenüber der eingestellten Solldrehzahl verursache.
Von den Abtriebswellen Wl bzw. W2 der beiden Motoren wird je ein Impulsgeber IG1 bzw. IG2 angetrieben, welche je pro Umdrehung ihrer Antriebswelle eine genau definierte Zahl von elektrischen Impulsen abgeben.
Die Impulse des Impulsgebers IG 1 werden einer Torschaltung Tl und die Impulse des Impulsgebers IG2 werden einer Torschaltung TZ zugeführt. Die beiden Torschaltungen Tl bzw. T2 werden in dem Sinne von je einem bistabilen Flip-Flop-Glied Fl bzw. F2 gesteuert, dass sie impulsdurchleitend sind, wenn sich das zugeordnete Flip-Flop-Glied im einen Schaltzustand 1 befindet, und impulssperrend sind, wenn sich das zugeordnete Flip-Flop-Glied im andern Schaltzustand 2 befindet. Gemäss Zeichnung befinden sich die beidenGlieder Fl und F2 je im Schaltzustand 1 und die beiden Torschaltungen sind impulsdurchleitend (symbolische Schalter geschlossen). Dementsprechend gelangen die von den Impulsgebern IG1 bzw. IG2 erzeugten Impulse zu mehrstufigen Impulszählwerken IZ1 bzw. IZ2 und werden dort gezählt.
Diese Zählwerke IZ1 und IZ2 seien so ausgebildet, dass sie je nach Erreichung eines vorbestimmten, beispielsweise auch einstellbaren Zählerstandes einen elektrischen Steuerimpuls abgeben. Diese Impulse werden jedem zugeordneten Flip-Flop-Glied Fl bzw. F2 zugeführt und bewirken dort die Kippung des betreffenden Flip-Flop-Gliedes aus dem Schaltzustand 1 in den andern Schaltzustand 2. Dadurch wird die dem betreffenden Flip-Flop-Glied Fl bzw. F2 zugeordnete Torschaltung Tl bzw. TZ gesperrt, so dass von dem betreffenden Moment an keine weiteren Impulse des Impulsgebers IG1 zum Zählwerk IZ1 bzw. des Impulsgebers IG2 zum Zählwerk IZ2 gelangen.
An den Ausgang der Torschaltung T l ist ausser dem Zählwerk IZ1 noch eine weitere Torschaltung T3 angeschlossen. Ebenso ist an den Ausgang der Torschaltung T2 ausser dem Zählwerk IZ2 noch eine Torschaltung T4 angeschlossen. Die Torschaltung T3 wird dabei vom Flip-Flop-Glied F2 aus gesteuert und die Torschaltung T4 vom Flip-FlopGIied Fl, u. zw. in der Art, dass die betreffenden Torschaltungen T3 bzw. T4 durchlassgesperrt sind, wenn sich die zugeordneten Flip-Flop-Glieder F2 bzw. F1 im Schaltzu-
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stand 1 befinden und impulsleitend werden, wenn die betreffenden Flip-Flop-Glieder in den Schaltzu- stand 2 kippen.
Da gemäss Zeichnung sich die beiden Flip-Flop-Glieder T l und T2 je im Schaltzustand 1 befinden, können die Impulse der Impulsgeber IG l und IG2 vorläufig nicht durch die Torschaltungen T3 und T4 durchtreten.
Die von den Flip-Flop-Gliedern F2 bzw. Fl herkommenden Steuerleitungen der beiden Torschaltun- gen T3 bzw. T4 sind je an einen Eingang einer Koinzidenzschaltung K angeschlossen. Diese ist so aus- gebildet, dass sie an ihrem Ausgang einen Steuerimpuls jeweils in dem Moment erzeugt, in welchem bei- de der genannten Flip-Flop-Glieder in den Schaltzustand 2 gekippt worden sind. Über einen Impulsver- zögerer IV wird jeder Ausgangsimpuls der Koinzidenzschaltung K zu den beiden Flip-Flop-Gliedern Fl und
F2 geleitet, mit der Wirkung, dass diese gemeinsam aus dem Schaltzustand 2 in den Schaltzustand 1 zu- rückkippen. Die zu den Ausgängen der Torschaltungen T3 bzw. T4 gelangenden Impulse der Impulse- ber IG l bzw. IG2 werden über Verstärker VI bzw.
V2 dem additiven (+) bzw. dem subtraktiven (-) Ein- gang eines Differenzzählwerkes DZ zugeführt.
Dieses Differenzzählwerk hat die Aufgabe, die positive bzw. negative Regelspannung : Ur zu erzeu- gen, je nachdem ob sein Zählerstand positiv oder negativ ist.
Die Wirkungsweise der in der Zeichnung dargestellten und vorstehend In ihren Teilen beschriebenen
Einrichtung ist nun folgende :
Es sei angenommen, dass die beiden Wellen Wl und W2 des Motors gleich schnell laufen sollten, dass aber im Moment die Drehgeschwindigkeit des Motors MI etwas grösser sei als diejenige des Motors M2.
Dementsprechend hat das Impulszählwerk IZ1 in der laufenden Messperiode bereits den Stand 999 erreicht, während das andere Impulszählwerk IZ2 erst den kleineren Summenwert 992 erreicht hat. Durch den näch- sten Impuls des Impulsgebers IG 1 wird also das Zählwerk IZ1 auf dessen Endwert 000 geschaltet und löst beim Sprung auf den Endwert den Kipp-Impuls für das Flip-Flop-Glied Fl aus, mit der Wirkung, dass die- ses in den Schaltzustand 2 kippt, die bisher impulsleitende Torschaltung Tl gesperrt und die Torschaltung T4 impulsleitend wird. Da nun infolge Sperrung der Torschaltung Tl dem Impulszählwerk IZ1 keine weiteren Impulse des Impulsgebers IG1 zugeführt werden, bleibt es auf dem erreichten Endwert 000 vor- läufig stehen.
Hingegen zählt das Zählwerk IZ2 die Impulse des Impulsgebers IG2 weiter, da ja die Torschaltung T2 immer noch impulsleitend ist.
Fortan werden aber die weiteren vom Impulsgeber IG2 erzeugten Impulse nicht nur im Zählwerk IZ2, sondern wegen der erfolgten Entsperrung der Torschaltung T4 auch im Differenzzählwerk DZ gezählt, u. zw. mit negativem Vorzeichen. Dieses Differenzzählwerk zeigt vorläufig noch einen positiven Stand, z. B. 015 von der vorhergegangenen Messperiode her, und hat darum während der laufenden Messperiode in einem Digital-analog-Wandler DA eine positive Regelspannung +Ur = 15 erzeugt und zum Regelorgan Rl geliefert, wodurch die grössere Drehzahl des Motors Ml verursacht worden ist.
Vom nächsten Impuls an wird nun dieser Zählerstand des Differenzzählwertes DZ reduziert bis nach acht Impulsen das Impulszählwerk IZ2 auch seinen Endwert 000 erreicht hat und damit den Kippimpuls für das ihm zugeordnete Flip-Flop-Glied F2 auslöst, mit der Wirkung, dass dieses nun auch in den Schaltzustand 2 kippt.
Da nun die Ansprechbedingung für die Koinzidenzschaltung K erfüllt ist, erzeugt diese einen Auslöseimpuls, der vom Impulsverzögerer IV mit einer kleinen Verzögerung zu den beiden Flip-Flop-Gliedern Fl und F2 geleitet wird und diese gleichzeitig in den Schaltzustand 1 zurückkippt, womit der gezeichnete Schaltzustand wieder erreicht worden ist. Hingegen wird nun das Differenzzählwerk DZ den neuen Stand + 007 anzeigen und die Regelspannung + Ur imDigital-analog-Wandler DA wird entsprechend kleiner, so dass der Motor MI während der folgenden Messperiode etwas langsamer drehen wird. Nach der Rückschaltung der Flip-Flop-Glieder F1 und F2 werden die Impulse der Impulsgeber IG1 und IG2 in den Zählwerken wieder wie beschrieben gezählt, bis wieder eines derselben den Endwert 000 erreicht hat.
Die beschriebene digitale Gleichlaufsteuerung der Motoren MI und M2 arbeitet umso genauer, je grösser die Zahl der pro Umdrehung der Wellen Wl und W2 erzeugten Impulse ist und je grösser die Zählkapazitäten der Zählwerke IZ1 und IZ2 sind.
Es ist möglich, eines der Zählwerke IZ1 und IZ2 so auszubilden, dass sein Endwert, bei dem es einen Kippimpuls für seinFlip-Flop-Glied auslöst und von dem aus es wieder auf Null zurückgestellt wird, einstellbar ist. Es kann dann ein anderes Drehzahlverhältnis der Wellen Wl und W2 eingestellt werden. Falls z. B. die Drehzahl der Welle Wl um 2höhersein sollte als diejenige der Welle W2, wäre das Zählwerk IZ2 auf einen Endwert 980 einzustellen, um zu erreichen, dass im gewünschten Gleichgewichtszustand der Impulsgeber IG2 je 980 Impulse erzeugt, während der Impulsgeber IG1 1000 Impulse erzeugt.
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Weil die nur an Hand ihrer Wirkungsweisen erläuterten Teilorgane (M, R, IG, F, IZ, DZ, T, K und IV) der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung in ihrem. Aufbau mindestens grundsätzlich an sich bekannt sind, und je durch in ihrer Wirkung äquivalente Organe anderer Bauart ersetzt werden können, wurde auf ihre detaillierte Erläuterung verzichtet.
So ist es z. B. ohne weiteres möglich, die dargestellte Schaltungsanordnung unter Verwendung elektromagnetischer Relais und Schrittschaltzählwerten aufzubauen und als Differenzzähler DZ einen Schrittdrehwähler od. ähnl. zu verwenden, der durch positive Schaltimpulse in der einen Richtung und durch negative Schaltimpulse in der andernRichtung schrittweise verstellt wird und dabei den Schleifkontakt eines Potentiometers P zur Erzeugung der Regelspannung Ur entsprechend stufenlos oder in Feinstufen verschiebt (s. in Zeichnung punktiert eingezeichneter Digital-analog-Wandler DA).
Damit aber die wünschbare hohe Impulsfolgefrequenz verarbeitbar ist, werden nach dem heutigen Stand der Technik natürlich mit elektronischen Schaltelementen, vorzugsweise Transistoren, ausgerüstete Schaltorgane und elektronische Glimmentladungs-Zählröhren zum Aufbau der dargestellten Schaltungsanordnung verwendet.
Es ist ohne weiteres möglich, auch weitere Antriebseinheiten nach dem erläuterten Prinzip bezüglich ihrer Drehzahl einem Hauptmotor (M2) anzupassen, indem zusätzliche Motoren mit Regelschaltungen und Messorganen der erläuterten Art ausgerüstet werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Regeln des Drehzahlverhältnisses zweier oder mehrerer Antriebseinheiten, von denen mindestens eine eine unter dem Einfluss einer Steuergrösse veränderbare Abtriebsdrehzahl aufweist, wobei die Umdrehungszahlen der Antriebseinheiten bzw. Bruchteile davon, digital in einem jeder Antriebseinheit zugeordneten Impuls-Zählwerk gezählt werden und das Integral der Differenz der Zählwerte als Integral der Regelabweichung zur Bildung einer ihm proportionalen analogen Steuergrösse für den Regler dient, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zuerst auf einen vorbestimmten Endzählwert gelangenden Zählwerk die Weiterzählung unterbrochen wird und von diesem Augenblick an die das andere, noch nicht auf seinem Endzählwert befindliche Zählwerk schaltenden Impulse gleichzeitig additiv bzw.
subtraktiv in einem Differenzzählwerk zu dem darin vorhandenen Wert vorzeichengerecht solange mitgezählt werden, bis auch das andere Zählwerk auf seinen vorbestimmten Endzählwert gelangt ist, worauf beide Zähl-
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