CH627890A5 - Schaltungsanordnung fuer die elektronische regelung der drehzahl eines asynchronmotores, insbesondere zur verwendung fuer den antrieb eines datentraegers. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für die elektronische Regelung der Drehzahl eines Asynchronmotores, insbesondere zur Verwendung für den Antrieb eines Datenträgers, mit einem Drehzahlgeber, einem Bezugssignalgeber und einer Treiberstufe, welche den Speiseklemmen des Motors eine einem gewünschten Drehmoment proportionale Spannung zuführt.

Eine solche Schaltungsanordnung ermöglicht es, die Drehzahlregelung auch bei Asynchronmotoren elektronisch vorzunehmen, also bei Motoren, deren Drehzahlkennlinie dem Spannungsverlauf nicht proportional ist, und dies mit hoher dynamischer Geschwindigkeit und in einem ausgedehnten Drehzahlbereich, wobei nötigenfalls auch die Möglichkeit eines Gleichlaufantriebes sichergestellt ist.

Unter den Grossverbrauchern von mit leistungstarken Servomotoren bestückten Drehzahlregelkreisen stellt wohl die Technik der elektroakustischen Tonaufzeichnung bzw. -wiedergäbe mit die höchsten Ansprüche. Die Erfindung wird daher in der Anwendung auf diesem Gebiet beschrieben. Die Anwendbarkeit der Erfindung ist aber nicht auf dieses Gebiet beschränkt.

In der Tonaufzeichnungstechnik bestehen sehr strenge Vorschriften für die Kenndaten der Bewegung des Datenträgers (z. B. Schallplatte, Magnetband), vor allem für die Gleich-mässigkeit dieser Bewegung, da letztere ja mehrere Kenndaten der Informationswiedergabe, insbesondere die Tongüte entscheidend beeinflusst. Ist die Aufnahme fehlerfrei und die Wiedergabegeschwindigkeit zwar gleichmässig, aber von der Aufnahmegeschwindigkeit abweichend, dann führt diese Abweichung zu einer Verschiebung der Tonlage, einer Transposition. Wenn sich die Wiedergabegeschwindigkeit dagegen schwankend verändert, erfolgt eine ungleichmässige Frequenzverlagerung, die sogenannte Tonhöheschwankung. Das menschliche Ohr ist schon für Tonhöheschwankungen von einigen Promill empfindlich, darum muss auch die Geschwindigkeit von Elektromotoren für den Antrieb von Datenträgern innerhalb einer Toleranz von einigen Promill konstant gehalten werden, und zwar auch dann, wenn sich die Belastung verhältnismässig schnell ändert.

Man kann den Einfluss der sich schnell ändernden Belastungen auf die Geschwindigkeit vermindern, indem z. B. eine Schwungmasse angekoppelt wird. Dies ist jedoch nachteilig für einen schnellen Start. Günstigere Ergebnisse können erzielt werden, wenn man die dynamische (Eingriffs-)Geschwindigkeit des verwendeten Drehzahlreglersystems erhöht. Die Regelung der Drehzahl ist besonders problematisch, wenn der Motor mit einer sehr niedrigen Drehzahl betrieben werden soll oder mit verschiedenen Drehzahlen innerhalb eines weiten Drehzahlbereichs. Dies ist der Fall z. B. bei direkt betriebenen Plattenspielern oder bei Hauptmotoren für Magnetbandgeräte mit mehreren Geschwindigkeiten. Bei diesen wird nämlich wegen der hohen Genauigkeitsansprüche als Drehzahlgeber zweckmässig ein Geschwindigkeits-/Frequenz-Umsetzer verwendet, und die Ausgangsfrequenz des Tachogenerators ist auch niedrig, da eine Erhöhung der Anzahl der an der Signalgeberscheibe angebrachten Markierungen nur in sehr begrenztem Masse möglich ist. Auch bei Anwendung von optischen Mitteln kann die dritte Grössenordnung (103) nicht überschritten werden, und auch hierzu sind sehr kostspielige feinmechanische Bauteile vonnö-ten. Um zweckmässige Dimensionen zu erreichen, kann wirtschaftlich tragbar eine Teilung von 2-3-102 Markierungen vorgenommen werden, das heisst also, dass bei einer Drehgeschwindigkeit von 33V3 Umdrehungen/Minute die Ausgangsfrequenz des Drehzahlgebers nur 160 Hz beträgt.

Die Schwierigkeiten werden noch erhöht, wenn der Lauf des Motors mit einer Bezugsfrequenz hoher Genauigkeit oder stetiger Veränderung synchronisiert werden muss (z. B. Magnetband-Hauptmotoren mit Quarzsteuerung oder quarzgesteuerte Plattenspieler bzw. Hauptmotoren für Magnetbandgeräte in der Messtechnik), ferner, wenn der vom Motor betriebene Datenträger mit der Bewegung eines anderen Organs oder dem zeitmässigen Ablauf eines Prozesses gleichlaufend bewegt werden muss (z. B. Gleichlauf von Filmstreifen und Magnetband). Dies erfordert eine Phäsenregelung, wozu in die Regelschleife ein Element mit integrierender Wirkung eingefügt wird, welches im Regelkreis eine Labilität verursachen kann, wobei auch die durch die Elastizität des Datenträgers verursachte Verzögerung eine ähnliche Wirkung haben kann.

Wegen der oben erläuterten Umstände werden für den Antrieb solcher Geräte derzeit noch praktisch ausschliesslich

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Gleichstrommotoren mit elektronischer Kommutierung verwendet (die Kommutierung erfolgt meist durch Hall-Generatoren).

Die Anwendung dieser Motoren ist aber mit vielerlei Nachteilen behaftet:

- Das Trägheitsmoment ist sehr hoch, weil ja im Rotor ein Permanentmagnet grosser Masse verwendet wird, und es besteht auch keine Möglichkeit, dieses Moment zu vermindern.

- Diese Arten von Motoren können nicht auf einfache Weise reversiert werden.

- Der Preis ist hoch.

- Eine besondere elektrische Kommutierung ist vonnöten.

- Das Moment ist auch innerhalb einer Umdrehung nicht gleichmässig.

- Wenn Hall-Generatoren verwendet werden, ist der 15 Betriebstemperaturbereich auf ziemlich niedrige Werte begrenzt.

Es wurde darum untersucht, ob für diesen Zweck nicht besser Wechselstrommotoren verwendet werden können, und zwar Einphasen-Asynchronmotoren oder Asynchron-Hystere- 20 semotoren, da ja allgemein bekannt ist, dass deren Lebensdauer lang ist. Weiter sind sie auch betriebssicher, es ist praktisch keine Wartung erforderlich und im Hinblick auf das vorliegende Anwendungsgebiet weisen sie noch folgende vorteilhafte Eigenschaften auf:

- Das Trägheitsmoment ist mittlerer Grösse.

- Sie können auf einfache Weise reversiert werden.

- Sie sind wesentlich billiger.

- Keine besondere elektronische Kommutierung ist notwendig.

- Das Moment ist innerhalb einer Umdrehung konstant.

- Die obere Grenze des Temperaturbereichs ist viel höher.

Es besteht aber der wesentliche Nachteil, dass die Drehzahl solcher Motorentypen in Abhängigkeit von der Netzfrequenz oder der Speisespannung nicht über einen weiten Bereich durch diese Grössen verändert werden.

Die vorliegende Erfindung basiert auf folgender Überlegung: Obwohl die Drehzahl dieser Motoren keine lineare Funktion der Netzfrequenz ist, ist das Moment von letzterer linear abhängig; diese Motorenkönnen also im Regelkreis als Dreh- 40 moment-Generatoren betrachtet werden. Es folgt nun aus der Theorie der Regeltechnik, dass wegen dieser Momenterzeugung eine geschlossene Regelschleife als schnelles stabiles System ohne schädliche Übergangserscheinungen nur dann gebaut werden kann, wenn in diesem Regelkreis kein weiteres 45 Element vorhanden ist, das integriert wirkt. Wenn nämlich im Regelkreis zwei integrierende Elemente vorhanden sind, dann bewirken die durch sie verursachten Phasendrehungen und die daraus erfolgenden positiven Rückkopplungen, wenn auch nicht unbedingt eine eindeutige Instabilität, so zumindest eine 50 Neigung zu transienten Schwingungen. Man kann zwar Regelkreise, in denen eine Neigung zu transienten Schwingungen vorhanden ist, auch mittels bekannter Kompensiermittel der Regelungstechnik stabilisieren, aber:

- Die Anwendung eines PI-Elements (proportional-integrie-55 rend) vermindert die Geschwindigkeit des Regelmechanismus;

- Wird ein PID-Element (proportional-integrierend-diffe-renzierend) verwendet, dann werden die der Regelspannung überlagerten Störsignale höherer Frequenz in schädlicher Weise hervorgehoben. 60

Wegen der schon erwähnten nachteiligen Eigenschaft der Tachogeneratoren, nämlich der zu niedrigen Signalfrequenz, müssen für den Frequenz-Diskriminator sehr strenge Forderungen gestellt werden, wenn man in Betracht zieht, was bezüglich der regelungstechnischen Schwierigkeiten bisher gesagt wurde65 und ausserdem auch, dass die Charakteristik des Diskrimina-tors über den ganzen Regelungsbereich linear sein soll und an den Enden, also bei O-Frequenz und bei «-Frequenz ein Sätti25

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gungscharakter bestehen soll. Diesen Anforderungen genügen zahlreiche bekannte - nicht selektive - Frequenz-Diskriminato-ren. Da gibt es z. B. den Typ, in dem ein Gleichrichter einem Hochpass oder Tiefpass nachgeschaltet ist, oder den Zähler-Diskriminator, welcher das Eingangssignal in eine dem Signalpegel proportionale Impulsfolge umsetzt und dann deren Mittelwert bildet. Bei diesen und ähnlichen Typen bestehen andererseits auch verschiedene individuelle Nachteile (Amplitudenabhängigkeit, geringe Steilheit usw.). Ausserdem sind sie mit einem gemeinsamen Nachteil behaftet, nämlich einer zusätzlichen integrierenden Wirkung.

Es gibt eine bekannte andere Lösung, welche die oben gestellte Aufgabe eigentlich befriedigend löst. Das System ist mit einem D/A-Konverter, einem Oszillator, einer Zählkette und einem Speicher bestückt. Die Ausgangssignale des Gebers werden geformt, und sie tasten die Zählkette zur Ermittlung der Oszillatorenfrequenz. Vor jeder Tastoperation wird der Inhalt der Zählkette in einen Speicher übertragen. Von dort gelangt die Information in den D/A-Konverter, welcher als Endprodukt eine Gleichspannung liefert, die im umgekehrten Verhältnis zur Frequenz des Eingangssignals steht. Diese Lösung ist zwar im Ergebnis befriedigend, sie ist jedoch nachteilig wegen ihrer Kompliziertheit und vor allem wegen des hohen Preises für einen die entsprechende Genauigkeit sicherstellenden D/A-Konverter.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche einfach und billig im Aufbau ist und die genannten Nachteile bekannter Schaltungen nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Ausgang des Drehzahlgebers an den Steuereingang eines Impulsgenerators mit zwei Ausgängen angeschlossen ist,

wobei der erste bzw. zweite Ausgang des Impulsgenerators an den ersten bzw. zweiten Eingang eines Sägezahngenerators angeschlossen ist, und der Sägezahngenerator den Bezugsignalgeber aufweist, und dass der zweite Ausgang des Impulsgenerators ausserdem an den Tasteneingang einer Abtaststufe angeschlossen ist, dass der Ausgang des Sägezahngenerators an den Eingang eines Gleichstromverstärkers und der Ausgang des Gleichstromverstärkers an den Signaleingang der Abtaststufe angeschlossen ist, und dass der Ausgang der Abtaststufe einerseits an den Steuereingang der Treiberstufe und andererseits an eine Elektrode eines Kondensators angeschlossen ist, dessen andere Elektrode an ein konstantes Potential der Schaltungsanordnung gelegt ist.

Zweckmässige Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung erfüllt alle oben angeführten Forderungen und ist nicht mit den erwähnten Nachteilen und Problemen behaftet. Die Gestaltung des gesamten Drehzahlregelkreises kann auf sehr wirtschaftliche Weise erfolgen. Das wesentliche Element dieses Regelkreises besteht in einer Schaltung, die als messender und ein- oder mehrfach abtastender/speichernder Diskriminator bezeichnet werden könnte: Die Schaltung misst bei einer periodischen, aber nicht notwendigerweise zeitkonstant periodischen Impulsfolge zwischen jeweilig aufeinanderfolgenden zwei Impulsen eine «Momentanfrequenz», die von der zwischen den beiden Impulsen bestehenden individuellen Periodenzeitspanne abgeleitet werden kann; der Messwert wird ein oder mehrmal abgetastet, und dieses Muster - bei mehrfachem Abtasten das Integral dieser Muster - wird bis zum Erscheinen des in der nächsten Periode gewonnenen neuen Messwertes -und nur solange - gespeichert. Ferner werden die abgetasteten Muster (Musterintegrale) verarbeitet, und es entsteht ein störarmes Ausgangssignal infolge PD- oder PD"-Kompensa-tion.

Bei einfacher Abtastung ist das Betriebsergebnis der erfin-

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dungsgemässen Lösung der bekannten Lösung mit D/A-Kon- Fig. 3 einen Phasen-Frequenzkomparator,

verter, Oszillator, Zählkette und Speicher gleichwertig. Die Fig. 4 eine Abtaststufe, und

Wirkung wird aber mit der Schaltung erzielt, die viel einfacher, Fig. 5 und 6 je eine Treiberstufe für Gleichstrom- bzw. zuverlässiger und entsprechend billiger ist. Die Ausführungs- Wechselstommotoren.

form, bei der mehrfache Abtastung erfolgt, bietet infolge der 5 Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Schaltungsan-erwähnten Kompensationswirkung ein besseres und störfreie- Ordnung ist folgende.

res Ergebnis als die Lösung gemäss dem Stand der Technik, Ein Motor 1 bewegt einen Datenträger 3 über ein Element und auch in diesem Falle ist der Aufbau einfacher. 2, welches den Antrieb in einer dem jeweiligen Datenträger

Die Erfindung ermöglicht die Verwendung von billigen und entsprechenden Weise übermittelt. Ein zweckmässig auf die in hohem Grade zuverlässigen, wenngleich in der Drehzahl der io Motorwelle aufgekeilter Drehzahlgeber 4 (z. B. ein Tachogene-Spannung nicht proportionalen Asynchronmotoren in Regel- rator) erzeugt eine Signalfolge, deren Periode die Momentankreisen, die eine hohe dynamische Geschwindigkeit haben müs- drehzahl des Motors 1 kennzeichnet. Ein Impulsgenerator 5 mit sen und auch in einem breiten Frequenzbereich oder bei sehr zwei Ausgängen verarbeitet diese Signalfolge und liefert an niedrigen Drehzahlen wirken müssen, eventuell auch in Regel- jeden Ausgang eine Impulsfolge, wobei diese einander mit Zeitkreisen zur Sicherstellung eines Gleichlaufes. 15 Verzögerung folgen. Die zeitlich vorangehenden Impulsfolge

Die oben erwähnten kennzeichnenden Merkmale der Erfin- sei Abtastimpulsfolge genannt, die darauffolgenden Auslöseim-dung sind ausreichend, um die Schaltungsanordnung für eine pulsfolge.

Einfach-Tastoperation auszuführen, also diejenige Ausführung, Ein Sägezahngenerator 6 ist eine Schaltung, bei der die welche bei einfacher Struktur dasselbe bieten kann wie die Sägezahlspannung vom Auslöseimpuls gestartet wird. Wäh-

erwähnte Lösung gemäss dem Stand der Technik. Wenn die 20 rend der Dauer des Auslöseimpulses sinkt die Ausgangsspan-Erfindung für eine mehrfache Tastoperation zwecks entstören- nung sägezahnförmig, nach Ablauf des Auslöseimpulses steigt der Kompensation ausgeführt werden soll, dann wird eine die Spannung wieder entsprechend an, ausgenommen die Zeit arithmetische, vorzeichentreue Addierschaltung zwischen den dauer des Abtastimpulses. Während der Dauer des Abtastim-Ausgang der Abtaststufe und den Steuereingang der Treiber- puises bleibt die Ausgangsspannung des Sägezahngenerators 6 stufe geschaltet, so dass der Ausgang der Abtaststufe an den 25 konstant, entspricht also während der Dauer des Abtastimpul-positiven Eingang der Addierschaltung angeschlossen ist. Wei- ses dem Momentanwert der Sägezahnspannung in den Anlauf-ter ist die Schaltungsanordnung mit einer oder mehreren weite- phase des Abtastimpulses. Das Ausgangssignal des Sägengene-ren Abtaststufen bestückt, deren entsprechende Eingänge rators 6 wird zu einem Gleichstromverstäker 7 geführt. Am ebenfalls an den Ausgang des Gleichstromverstärkers bzw. an Ausgang des Gleichstromverstärkers 7 erscheint die verstärkte den zweiten Ausgang des Impulsgenerators angeschlossen sind 30 Sägezahnspannung nur dann, wenn deren Wert (Pegel) höher und an den Ausgang (jeder) der weiteren Abtaststufe(n) ist der ist als der Referenzpegel, welcher an den anderen Eingang des Eingang (je) eines Integriergliedes angeschlossen und an den Gleichstromverstärkers 7 gegeben wird. Die Zeitdauer, wäh-Ausgang des Integrierglieds (je) ein Trennverstärker mit einer rend der die Sägezahnspannung von der Auslösephase gerech-Verstärkung gleich eins, und der (die) Trennverstärker ist net diesen Referenzpegel erreicht, wird als Referenzzeit Tr

(sind) über (je) einen Koppelwiderstand an den negativen Ein- 35 bezeichnet. Die Ausführung des Referenzgebers im Sägezahngang der arithmetischen Addierschaltung angeschlossen. generator 6 kann für den konkreten Fall vom Fachmann

Wenn nicht nur die entstörende Kompensation gewährlei- gemäss dem Stand der Technik vorgenommen werden. Wenn stet werden soll, sondern auch ein Gleichlauf, dann weist die die Auslöseimpulse den Sägezahngenerator 6 häufiger starten erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ferner einen Phasen- als mit der Frequenz, die der Referenzzeit Tr entspricht, dann Frequenzkomparator auf, an den über einen seiner Ein- 40 kann das Ausgangssignal des Sägezahngenerators 6 den Refe-

gänge ein Sollwertgenerator und über einen anderen seiner renzpegel des Gleichstromverstärkers 7 nie erreichen. Am Eingänge ein Geschwindigkeitsgeber angeschlossen ist, wel- Ausgang des Gleichstromverstärkers 7 wird also ständig eher Geschwindigkeitsgeber über dessen Signaleingang ent- O-Potential vorhanden sein. Erfolgt nun die Auslösung langsa-weder an den Ausgang des Drehzahlgebers oder an das Abneh- mer, so dass der Sägezahngenerator 6 den Referenzpegel nicht meorgan des Datenträgers, z. B. bei einem Magnetband-Daten- 45 nur erreichen kann, sondern auch noch überschreitet, dann träger an den Lesemagnetkopf angeschlossen ist, und der Aus- erscheint am Ausgang des Gleichstromverstärkers 7, nachdem gang des Phasen-Frequenzkomparators ist über eine Impedanz, vom Start die Referenzzeit Tr verflossen ist, der den Referenz-zweckmässig über einen Widerstand, mit einem weiteren Ein- pegel überschreitende Teil des Sägezahnsignals mit entspre-gang des Gleichstromverstärkers verbunden. chender Verstärkung, und der Spitzenwert dieses Signals ent-

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung 50 spricht eindeutig der Abweichung der zwischen zwei benach-näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen Ausführungsfor- barten Auslöseimpulsen verflossenen Zeitspanne von der Refe-men, bei denen auch die nicht unbedingt notwendigen Options- renzzeit Tr. Diese Spitzwerte des Ausgangssignals des Gleicheinheiten eingebaut wurden ; so kann nämlich die Wirkungs- Stromverstärkers 7 werden infolge der Abtastimpulse, die vom weise aller verschiedenen Ausführungsformen leichter verfolgt Impulsgenerator 5 vor den Auslöseimpulsen abgegeben wer-werden, wobei aber auch aufgezeigt wird, welche dieser Wahl- 55 den, durch eine Abtaststufe 8a in einen Kondensator 9 einge-einheiten und in welchen Fällen eingespart werden können, so speichert. Wenn noch weitere Abtaststufen 8b und 8c vorhan-dass auf diese Weise auch die Kennzeichen der allgemeinen den sind, dann werden diese Spitzenwerte auch in die Konden-Grundausführung eindeutig bestimmt werden können. In den satoren von Integriergliedern 10a und 10b eingespeichert. Da Zeichnungen zeigen die Abtastimpulse auch das Tasten des Sägezahngenerators 6

Fig. 1 das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung als gan- 60 besorgen, bleibt der Pegel des Sägezahnsignals und entspre-zes, chend auch des Ausgangssignals am Gleichstromverstärker 7

Fig. 2 die Ausgangssignalformen einzelner Baueinheiten, für die Dauer des Abtastimpulses vorteilhaft konstant, und zwar auf Seite «A» für konstante Motorgeschwindigkeit Es folgt somit, dass der Speicherkondensator 9 immer eine und auf Seite «B» für den Fall einer sprunghaft veränderlichen Gleichspannung anliegt, die proportional einer Zeitdifferenz Motorgeschwindigkeit; im letzteren Falle ist die Zeitachse 65 ist, nämlich der Differenz zwischen der Zeit, die der Motor 1 selbstverständlich sinngemäss gedrängt, vorher zum Zurücklegen eines bestimmten Weges benötigte,

Fig. 3 bis 6 Ausführungsbeispiele von Baueinheiten, und und der Referenzzeit T, eigentlich also der Differenz zwischen zwar der Momentangeschwindigkeit des Motors 1 und einer Refe-

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renzgeschwindigkeit, die als 1/Tr gekennzeichnet werden kann. Referenzsignal abgeleitet werden kann. Wird der Signalein-In den Kondensatoren der Integrierglieder 1 Oa und 1 Ob werden gang des Geschwindigkeitsgebers 14 an das Abnahmeorgan die Integrale dieser Einzelspannungswerte gespeichert. Bei des Datenträgers 3 angekoppelt, so besteht der Gleichlauf für konstanter Motorgeschwindigkeit wird also der Spannungspe- die Geschwindigkeit des Datenträgers 3; ist der Signaleingang gel am Kondensator 9 konstant bleiben, bei ansteigender oder 5 an den Drehzahlgeber 4 angekoppelt, so besteht der Gleichlauf absinkender Geschwindigkeit tritt am Kondensator 9 eine stu- für die Geschwindigkeit des Motors. Die Schleifenverstärkung fenartig ansteigenden oder absinkende Spannung auf. Ist die des gesamten Regelkreises kann auf einfache Weise durch VerVeränderung der Motorgeschwindigkeit sprunghaft, so verän- änderung des Verstärkungsfaktors im Gleichstromverstärker 7 dert sich auch die Spannung am Kondensator 9 sprunghaft, eingestellt werden, die Schleifenverstärkung im Hilfsregelkreis aber mit einer Zeitverzögerung, die beim ideellen Abtastele- 10 für die Gleichlaufregelung durch Phasenvergleich kann mit ment proportional dem Wert Tr ist. Sowohl diese Verzögerung Hilfe eines Widerstandes eingestellt werden, welcher zwischen als auch die zusätzliche integrierende Wirkung, die durch einen den Ausgang des Komparators 15 und den Referenzeingang bei Gleichlaufanforderung einzubauenden und im späteren ein- des Verstärkers 7 geschaltet ist und als ergänzendes Glied gehend beschriebenen Phasen-Frequenzkomparator 15 in den einen Teil des Referenzspannungsteilers im Verstärker 7 bildet. Regelkreis eingebracht wird, kann aber auf neuartige Weise 15 Es folgt somit, dass der Geschwindigkeitsgeber 14 und der kompensiert werden, wenn erfindungsgemäss die in den Kon- Komparator 15 als Phasenreglerhilfskreis nicht erforderlich densatoren der Integrierglieder 10a und 10b gespeicherten sind bei Ausführungsformen der Erfindung, bei welchen ein

Gleichspannungen bzw. ein entsprechend bemessener Teil der- Gleichlauf nicht sichergeteilt werden soll. Ebenso besteht kein selben die Spannung, die am Kondensator 9 anliegt, vermin- Bedarf für weitere Abtaststufen und für Stufen zum Integrieren dem. Hierzu dient die arithmetische, also vorzeichentreue 20 und Subtrahieren, wenn die beschriebene mehrfache PD-Kom-Addierschaltung 11, an welche der Anschluss über Trennver- pensation nicht gefordert wird.

stärker 12 mit Einheitsverstärkung erfolgt. Die für die richtige Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung beruht also

Kompensation notwendigen Teilverhältnisse für die Subtrak- auf der Anwendung bekannter Prinzipien der Regelungstech-tion können durch entsprechende Dimensionierung von an den nik, weicht aber von den bekannten Lösungen, die zum Stand negativen Eingang der Addierschaltung 11 angeschlossenen 25 der Technik gehören, einerseits in der Art der Erzeugung der Widerstandsnetzwerken eingestellt werden, die Zeitkonstan- Regelspannung ab, andererseits darin, dass die Kompensation, ten für die Kompensation hingegen durch entsprechende die für die Stabilität und die schnelle und schwingungsfreie Wir-

Dimensionierung der RC-Elemente der Integrierglieder 10a kungsweise des Regelkreises sorgt, in einer Weise erfolgt, die und 1 Ob. kein schadhaftes Hervorheben der hochfrequenten Störspan-

Es ist also eine neuartige Kompensation vorgesehen, die im 30 nung nach sich zieht.

Charakter grundsätzlich PD-artig ist und bei mehrfacher Inte- Die Regelanordnung gemäss der Erfindung bietet die Mög gration und Subtraktion mehrfach PD-artig, also PDn-artig lichkeit, einen Hysteresemotor für eine Nenngeschwindigkeit wirkt. Diese Wirkungsweise ist aber insbesondere darum vor- von z. B. 1000 U/min unmittelbar oder zwar mittelbar aber ohne teilhaft, weil das Ausgangssignal auch weiterhin stufenförmig Drehzahlumsetzung an den Plattenteller eines Plattenspielers ist; es setzt sich als Summe von Stufenspannungen zusammen. 35 oder Plattenschneiders anzukoppeln. Der Motor beschleunigt Daraus folgt, dass ein Nachteil der in der Regelungstechnik auf den Plattenteller innerhalb lA Umdrehung auf die Geschwindig-an sich bekannte Weise angewandten PD-Kompensationen keit von 33'/3 U/min und der Plattenteller bleibt dank der Regelvermieden wird: Die Hochfrequenzstörsignale, die der Regel- anordnung innerhalb 1 % auf dieser Geschwindigkeit. In der Spannung unvermeidlich überlagert sind, werden nicht hervor- gleichen Ankopplung kann dank der schnellen Wirkungsweise gehoben. 40 dieser Regelanordnung auch die Automatisierung einer silben-

Das Ausgangssignal der arithmetischen Addierschaltung 11 treuen Ansteuerung (taktgenauer Start) verwirklicht werden, gelangt als Regelsignal an den Steuereingang einer Treiber- wodurch sich das manuelle, also ungenaue Zurückdrehen des stufe 13. Die Treiberstufe 13 verändert das Moment am Motor Plattentellers erübrigt, was ja bei bekannten Systemen (EMT 1 zwischen 0 und Maximum in Abhängigkeit des Momentan- 928, EMT 930, SL 911, Philips PRT 30) noch notwendig ist. wertes eben dieser Spannung. 45 Die Regelanordnung kann vorteilhaft als unmittelbarer,

Im Regelkreis kann also die Drehzahl des Motors 1 über schwingmassenfreier Regler für Antriebsmotore bei solchen zwei Organe beeinflusst werden. Man kann die RC-Elemente Magnetbandgeräten oder Kassettengeräten verwendet werverändern, die die Zeitkonstante des Sägezahngenerators 6 den, bei denen Start, Stopp oder Reversieren schnell erfolgen bestimmen (dies ist der sogenannte Referenzgeber) und man muss. Dabei kann der Regelkreis erforderlichenfalls auch einen kann die Referenzzeit Tr verändern, welche eine Funktion des 50 Gleichlauf für den Träger (Magnetband) sicherstellen, wozu ein Referenzpegels im Gleichstromverstärker 7 ist. Die Zeitkon- vom Magnetband abgespieltes Pilot-Synchronsignal oder eine stante des Referenzgebers kann über einen weiten Bereich ver- entsprechende Referenzfrequenz benutzt werden kann.

ändert werden. Die Veränderung des Referenzpegels erlaubt Die dynamisch schnelle Wirkungsweise ermöglicht eine nur eine Korrektur kleinerer Proportion. Diese letztere Mög- Montage ohne Bandschnitt bzw. eine Routine-Adaptivschal-lichkeit kann also zur Sicherstellung eines auf den Motor oder 55 tung ermöglicht ein schnelles, einfaches oder mehrfaches den Datenträger bezogenen Gleichlaufes ausgenutzt werden, Wiederholen.

indem das Signal des Phasen-Frequenzkomparators 15 in den Die Anwendung der erfindungsgemässen Schaltungsanord-

Regelkreis eingekoppelt wird. nung ermöglicht ferner die unmittelbare oder mittelbare, aber

Der Phasen-Frequenzkomparator 15 vergleicht ein Signal, eine Drehzahlumsetzung nicht erfordernde Ankopplung des dessen Frequenz proportional der Geschwindigkeit des 6o schon erwähnten Hysteresemotors an eine besondere Daten-

Motors 1 oder des Datenträgers 3 ist und von der Ausgangsim- kassette wie z. B. DC-300 oder ähnliche Systeme, die eigens für pulsfolge eines Geschwindigkeitsgebers 14 abgeleitet wurde, eine hochschnelle und bei elastischem Innenbandantrieb hoch-mit dem Signal eines externen Referenzsignalgenerators fref.. zuverlässige Speicherung von digitalen Daten entwickelt Dieser Vergleich ergibt einen Fehlerspannung und diese verän- wurde, um auf diese Weise tonfrequente Signale oder tonfre-dert die Referenzzeit Tr und im folgenden die Geschwindigkeit 65 quenten Signalen kodiert überlagerte Daten, mit ausserordent-des Motors bzw. des Datenträgers in einem Sinne, der einen lieh hoher Zuverlässigkeit aufzuzeichnen bzw. wiederzugeben. Gleichlauf des Motors bzw. des Datenträgers mit der «Refe- Durch diese Verbindung wird ein reversibler Antrieb erzielt, renzgeschwindigkeit» sicherstellt, welch letztere vom externen dessen Geschwindigkeitsbereich mehr als 1:10 beträgt. Die

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Anlaufzeit und Reversierzeit liegt im Bereich von einigen Hun- dann erscheint am Ausgang eine Gleichspannung, deren Pegel dert ms bei einer Betriebsdrehzahl von 60 U/min, die Stabilität der untere oder obere Grenzwert des Ausgangsspannungsbe-der Drehzahl ist besser als 0,5% für 1 Ncm Veränderung des reichs ist, je nachdem an welchen Eingang das Signal höherer Lastmoments. Diesselbe Schaltung stellt auch eine Phasenre- Frequenz gelegt wurde. Für die Lösung dieser Aufgabe gibt es serve im Regelkreis sicher, infolge welcher trotz Verzögerun- 5 zahlreiche bekannte Schaltungen, auch mit integrierten Schalgen, die durch die elastische Innenantriebsweise verursacht tungen ausgelegte. Fig. 3 zeigt ein solches Beispiel, nämlich den werden, der Antriebsmotor bei der Wiedergabe durch ein am logischen Aufbau des IC der Firma Motorola vom Typ Band aufgezeichnetes Pilot-Synchronsignal geregelt werden MC 4044.

kann. Als Abtaststufe wird hier eine Schaltungsanordnung ver-

So kann nicht nur erreicht werden, dass das in der Kassette io standen, welche einen elektronisch gesteuerten Schaltvorgang angeordnete Magnetband «synchron» läuft, sondern auf diese durchführt. Das auf den Eingang gegebene Signal wird für die

Weise wird eben darum auch ein Teil der im Kassettenbetrieb Zeitdauer eine an den Steuer(Gatter-)eingang gegebenen entstehenden Tonhöheschwankungen durch den Regelkreis Impulses zum Ausgang der Schaltung durchgelassen. Diese ausgeregelt. Aufgabe kann z. B. durch Feldeffekttransistoren, diskrete Bau-

Der Vollständigkeit halber werden endlich auch einige 15 teile bzw. übliche Transistoren gelöst werden. Fig. 4 zeigt ein Schaltungen kurz behandelt, die in an sich bekannter Weise auf- Beispiel der letzteren in Fachkreisen bekannten Variante,

grund der Fachliteratur gebaut werden können und die darum Unter Treiberstufe wird hier eine Schaltung verstanden, die nur in Form je eines an sich bekannten Beispiels erwähnt wer- an die Ausgangsklemmen (bei der erfindungsgemässen Schal-

den; die entsprechenden Darstellungen sind auch der Literatur tung sind diese Ausgangsklemmen an die Speiseklemmen des entnommen und werden darum ohne Bezugszeichen und ohne 20 Motors 1 angeschlossen) eine elektrische Leistung liefert,

eingehende Beschreibung der Wirkungsweise angeführt. Auf- deren Charakter und Betrag eine Funktion des auf den grund dieser Hinweise kann der Fachmann die als Beispiel Steuereingang (Regelsignaleingang) gegebenen Signals ist und erwähnten Ausführungsformen ohne ergänzende Beschrei- deren Charakter den Bedürfnissen des anzutreibenen Gerätes bung planen und bauen. (hier des Motors) eintspricht. Wird z. B. ein Gleichstrommotor

Unter Phasen-Frequenzkomparator sei hier eine Schaltung 25 angetrieben, dann liefert die Treiberstufe über eine kleine verstanden, auf deren zwei Eingänge je eine Signalfolge Impedanz an die Ausgangsklemmen eine Gleichspannung,

geschaltet wird, während am Ausgang der Schaltung zweierlei deren Pegel sich als Funktion des Steuersignals verändert.

Signale erscheinen können. Sind die Frequenzen der beiden Wenn ein 50-Hz-Hysteresemotor betrieben werden soll, dann

Eingangssignale einander gleich, dann erscheint am Ausgang gelangt an den Ausgang, ebenfalls über eine kleine Koppelim-

eine Gleichspannung, deren Grösse proportional der Phasen- 30 pedanz, eine 50-Hz-Wechselspannung, deren Grösse sich eben-

abweichung zwischen den beiden Eingangssignalfolgen ist; falls proportional dem Steuersignal verändert (siehe Fig. 5 und weichen auch die beiden Eingangsfrequenzen von einander ab, 6.).

2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

627890 PATENTANSPRÜCHE

1. Schaltungsanordnung für die elektronische Regelung der Drehzahl eines Asynchronmotores, insbesondere zur Verwendung für den Antrieb eines Datenträgers, mit einem Drehzahlgeber, einem Bezugssignalgeber und einer Treiberstufe, welche den Speiseklemmen des Motors eine einem gewünschten Drehmoment proportionale Spannung zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Drehzahlgebers (4) an den Steuereingang eines Impulsgenerators (5) mit zwei Ausgängen angeschlossen ist, wobei der erste bzw. zweite Ausgang des Impulsgenerators (5) an den ersten bzw. zweiten Eingang eines Sägezahngenerators (6) angeschlossen ist, und der Sägezahngenerator (6) den Bezugssignalgeber aufweist, und dass der zweite Ausgang des Impulsgenerators (5) ausserdem an den Tasteneingang einer Abtaststufe (8a) angeschlossen ist, dass der Ausgang des Sägezahngenerators (6) an den Eingang eines Gleichstromverstärkers (7) und der Ausgang des Gleichstromverstärkers (7) an den Signaleingang der Abtaststufe (8a) angeschlossen ist, und dass der Ausgang der Abtaststufe (8a) einerseits an den Steuereingang der Treiberstufe (13) und andererseits an eine Elektrode eines Kondensators (9) angeschlossen ist, dessen andere Elektrode an ein konstantes Potential der Schaltungsanordnung gelegt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine arithmetische, vorzeichentreue Addierschaltung (1 1) zwischen den Ausgang der Abtaststufe (8a) und den Steuereingang der Treiberstufe (13) geschaltet ist, wobei der Ausgang der Abtaststufe (8a) an den positiven Eingang (+) der Addierschaltung (11) angeschlossen ist und die Schaltungsanordnung eine oder mehrere weitere Abtaststufen (8b, 8c) enthält, deren entsprechende Eingänge ebenfalls an den Ausgang des Gleichstromverstärkers (7) bzw. an den zweiten Ausgang des Impulsgenerators (5) angeschlossen sind, und dass an den Ausgang jeder der weiteren Abtaststufen (8b, 8c) der Eingang je eines Integriergliedes (10a, 10b) angeschlossen ist und an den Ausgang jedes Integriergliedes (10a, 10b) je ein Trennverstärker (12a, 12b) mit einer Verstärkung gleich eins und die Trennverstärker (12b, 12c) über je einen Koppelwiderstand an den negativen Eingang (-) der arithmetischen Addierschaltung

(11) angeschlossen sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung ferner einen Phasen-Frequenzkomparator (15) aufweist, an den über einen seiner Eingänge ein Sollwertgenerator (fref) und über einen andern seiner Eingänge ein Geschwindigkeitsgeber (14) angeschlossen ist, welcher Geschwindigkeitsgeber (14) über dessen Signaleingang entweder an den Ausgang des Drehzahlgebers (4) oder an das Abnehmeorgan eines Datenträgers (3) angeschlossen ist, und dass der Ausgang des Phasen-Frequenzkom-parators (15) über eine Impedanz mit einem weiteren Eingang des Gleichstromverstärkers (7) verbunden ist.