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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl von wenigstens zwei Gleichstrommotoren in einem proportionalen Verhältnis ihrer Drehzahlen, von welchen Gleichstrommotoren einem ersten die Drehzahl als wählbare Analogspannung vorgegeben und mit einer tachometrisch erzeuten Gleichspannung geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen beider Gleichstrommotoren (M1, M2) überdies noch digital erfasst werden, dass die Differenz der digitalen Werte gebildet und in eine analoge Spannung umgewandelt wird, und dass diese analoge Spannung zur Steuerung der Drehzahl des zweiten Gleichstrommotors (M2) benützt wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur digitalen Erfassung der Drehzahlen Impulsgeber (J1, J2) verwendet sind.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Drehzahl des zweiten Gleichstrommotors (M2) auf eine andere Drehzahl als diejenige des ersten Gleichstrommotors (M1) die Impulsfrequenzen (fl, f2) aus den Impulsgebern (J1, J2) durch das gewünschte Teilerverhältnis (X, Y) geteilt werden.
4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Wellen (W1, W2) der Gleichstrommotoren (M1, M2) je ein Gleichstromtachometer (T1, T2) und ein Impulsgeber (J1, J2) zur drehzahlabhängigen Impulsgabe angekoppelt sind, dass der Ausgang des Gleichstromtachometers (T1) des ersten Gleichstrommotors (M1) in einem Spannungsvergleicher (R1) mit dem Sollwert (nl) aus einem Sollwertgeber (S) verglichen wird und der Ausgang des Gleichstromtachometers (T2) des zweiten Gleichstrommotors (M2) zur Regelung des Verstärkungsgrades des Leistungsverstärkers (V2) benützt ist, dass ferner die Ausgänge (fl, f2) der Impulsgeber (J1, J2) zur Feststellung des Phasenunterschiedes einer Phasenmessanordnung (P) mit Digital/Analog-Wandler (D/A) zugeführt sind,
und dass das Ausgangssignal des Digital/Analog-Wandlers (D/A) zur Regelung der Drehzahl des zweiten Gleichstrommotors (M2) dem Regelverstärker (R2) zugeführt ist.
5. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung auf unterschiedliche Drehzahlen je ein Frequenzteiler (F1, F2) zwischen die Impulsgeber (J1, J2) und die Phasenmessanordnung (P) geschaltet ist.
6. Anordnung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenmessanordnung (P) eine phasenstarre Messschleife ist.
7. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 zum Dosieren von Fluiden mittels Verdrängerkolben in Dosierzylinder, die mittels Linearverstärkern verschiebbar angetrieben sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe für die Linearverstärker die Gleichstrommotoren (M1, M2) sind, und dass das Mischungsverhältnis für die Dosierung durch Einstellen eines Teilungsverhältnisses der digitalen Werte gewonnen wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Drehzahl von wenigstens zwei Gleichstrommotoren in einem proportionalen Verhältnis zueinander gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 4 und eine Anwendung des Ver fahrens gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentan spruchs 7.
Eine Vorrichtung zum Dosieren von mindestens zwei fliess fähigen Komponenten ist in der EPA-A 3563 beschrieben. Ein
Dosierkolben wird dabei durch einen Linearverstärker verschoben und der Rotationsantrieb für den Linearverstärker ist ein Schrittmotor.
Linearverstärker sind in der Technik als Maschinenelemente sowohl für Vorschubbewegung als auch für genaue Positionierung gut bekannt, insbesondere kann eine leistungsschwache Drehbewegung in eine leistungsstarke translatorische Bewegung umgesetzt werden. Damit lässt sich in der genannten Vorrichtung mit einer geringen Rotationskraft praktisch jedes Fluid in genau abgemessenen Mengen abgeben. Ein solcher Linearverstärker ist beispielsweise in der CH-PS 594 141 beschrieben. Als Steuerorgan ist ein Schrittmotor vorgesehen. Wie bekannt, haben Schrittmotoren neben vielen Vorteilen, wie keine schleifenden Teile und daher keine Abnützung, einfache Konstruktion, einfache impulsmässige Ansteuerung zur Ausführung gleichbleibender Schritte, auch Nachteile. Einige wesentliche sind die systembedinge Beschleunigungsbegrenzung, Resonanzerscheinungen und offener Steuerkreis.
Insbesondere der offene Steuerkreis verlangt zusätzliche Messeinrichtungen zur Kontrolle, ob die eingegebene Frequenz und Schrittzahl ausgeführt wurden.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, für den Antrieb von Linearverstärkern eine Lösung zu finden, wodurch zwei oder mehr Linearverstärker in voneinander abhängigen Verhältnissen betrieben werden können, wobei sich ausser der genauen gleichbleibenden Drehung jedes einzelnen Antriebes das Verhältnis der Antriebe zueinander einfach verändern lässt und jeder Antrieb in einem geschlossenen, von einem Sollwertgeber gesteuerten Regelkreis arbeitet.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 erreicht. Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist im Patentanspruch 4 und eine Anwendung des Verfahrens im Patentanspruch 7 gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der ein Blockschema einer Anordnung mit zwei Gleichstrommotoren dargestellt ist.
Der Hauptantriebsteil mit der Welle W1 umfasst einen Gleichstrommotor M1 mit auf der gleichen Welle W1 angeordnetem Gleichstromtachometer T1 und Impulsgeber J 1. Der Impulsgeber J1 gibt eine der ausgeführten Drehung der Welle W1 entsprechende Anzahl Impulse mit einer der Drehzahl entsprechenden Frequenz fl ab. Die Steuerung des Gleichstrommotors M1 erfolgt aus einem Sollwertgeber S über einen Regelverstärker R1 und einen Leistungsverstärker V1. Dem Regelverstärker R1 wird neben dem Sollwert nl noch der Istwert aus dem Gleichstromtachometer T1 zugeführt. Diese Gleichstromregelung ist bekannt.
Ein erster Nebenantrieb mit der Welle W2 besteht ebenso wie der Hauptantrieb aus einem Gleichstrommotor M2 mit Gleichstromtachometer T2 und Impulsgeber J2 auf derselben Welle W2 und zur Steuerung des Gleichstrommotors M2 ist auch wieder ein Regelverstärker R2 und ein Leistungsverstärker V2 vorhanden. Das Signal aus dem Gleichstromtachometer T2 ist auf den Leistungsverstärker V2 geführt.
Die Ausgänge der Impulsgeber J1 und J2 sind über Frequenzteiler F1 und F2 auf einen Frequenzvergleicher P mit anschliessendem Digital/Analog-Wandler D/A geführt. Das Analogsignal aus dem Digital/Analog-Wandler D/A ist dem Regelverstärker R2 des Nebenantriebs zugeleitet.
Der Frequenzvergleich P kann für einen Phasenvergleich in einer phasenstarren Schleife ausgelegt sein.
Die Referenzspannung für die Nenndrehzahl nl aus dem Sollwertgeber S wird im Regelverstärker R1 mit der Spannung aus dem Gleichstromtachometer T1 verglichen und daraus in bekannter Art ein Drehzahlnachlaufsystem gebildet. Die auf die Nenndrehzahl nl geregelte Drehzahl wird mit dem Impulsgeber J1 in einem Impulszug mit einer zur Drehzahl proportionalen Impulsfrequenz fl dargestellt.
Auch die Drehzahl der Welle W2 wird mit dem Impulsgeber
J2 als Impulszug mit einer Impulsfrequenz f2 dargestellt. Im Phasenvergleicher P werden die beiden Impulszüge miteinander verglichen. Da der Vergleich im dargestellten Beispiel digital vorgesehen ist, muss das Regelsignal über einen Digital/Analog-Wandler D/A umgeformt werden. Dieses Regelsignal dient zur Steuerung des Regelverstärkers R2 und damit des Leistungsverstärkers V2. Der Regelverstärker R2 soll eine Integralcharakteristik besitzen.
Der Gleichstrommotor M2 ändert damit die Drehzahl, bis das Regelsignal Null wird und damit Gleichlauf zwischen den beiden Wellen W1 und W2 herrscht.
Wenn die Impulsgeber Jl und 52 gleich sind, d.h. eine gleiche Anzahl Impulse pro Umdrehung erzeugen, sind die Drehzahlen gleich. Werden unterschiedliche Drehzahlen gewünscht, so können die Impulsfrequenzen fl und f2 in Frequenzteilern F1 und F2 durch x und y dividiert werden. Damit ergibt sich für die Welle W2 eine Drehzahl y n2 = nl.
x x
Wird für x = 100 eingesetzt, so kann durch die beschriebene Division der Impulsfrequenz f2 die Welle W2 in Prozent der Drehzahl der Welle Wl betrieben werden. Wenn dagegen der Impulsgeber J1 einen Impulszug mit 100 Impulsen pro Umdrehung abgibt und der Impulsgeber J2 einen solchen mit 10 000 Impulsen, bewirkt eine Division z.B. durch 8 im Frequenzteiler F2, dass die Welle W2 mit einer Drehzahl n2 = 0,08 nl, d.h.
mit 8% der Drehzahl der Welle Wl dreht.
Werden nun die derart geregelten Wellen Wl und W2 als Antriebswellen für Linearverstärker benützt, um Verdrängerkolben in Dosierzylindern zu verschieben, ergibt sich demgemäss ein Mischungsverhältnis n2 : nl = 0,08 1.
In gleicher Weise können weitere Dosierzylinder mit andern Verhältnissen zur Solldrehzahl nl betrieben werden.
Mit diesem Prinzip der elektrischen Welle können bei wenig grösserem Aufwand im Vergleich zu den eingangs erwähnten Schrittmotoren verschiedene Vorteile erzielt werden:
Die Beschleunigungen können bis zur Stromgrenze ausgenützt werden. Wenn aus einem beliebigen Grund ein Nachlauffehler entsteht, ergeben sich keine Schrittverluste wie bei Schrittmotoren, sondern dieser kann wieder aufgeholt werden.
Wenn der Nachlauffehler, d.h. das Ausgangssignal des Digital/ Analog-Wandlers D/A, einen bestimmten Wert überschreitet, kann ein Alarm ausgelöst und/oder die Anlage stillgelegt werden.
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PATENT CLAIMS
1. A method for regulating the speed of at least two DC motors in a proportional ratio of their speeds, of which DC motors the speed is predetermined as a selectable analog voltage and is regulated with a tachometrically generated DC voltage, characterized in that the speeds of both DC motors (M1, M2 ) also be recorded digitally, that the difference between the digital values is formed and converted into an analog voltage, and that this analog voltage is used to control the speed of the second DC motor (M2).
2. The method according to claim 1, characterized in that pulse generators (J1, J2) are used for digital detection of the speeds.
3. The method according to claim 2, characterized in that for controlling the speed of the second DC motor (M2) to a different speed than that of the first DC motor (M1) the pulse frequencies (fl, f2) from the pulse generators (J1, J2) by desired division ratio (X, Y) can be divided.
4. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that each coupled to the shafts (W1, W2) of the DC motors (M1, M2) a DC tachometer (T1, T2) and a pulse generator (J1, J2) for speed-dependent impulse are that the output of the DC tachometer (T1) of the first DC motor (M1) is compared in a voltage comparator (R1) with the setpoint (nl) from a setpoint generator (S) and the output of the DC tachometer (T2) of the second DC motor (M2) To regulate the degree of amplification of the power amplifier (V2), the outputs (fl, f2) of the pulse generators (J1, J2) are used to determine the phase difference of a phase measuring arrangement (P) with a digital / analog converter (D / A) ,
and that the output signal of the digital / analog converter (D / A) for regulating the speed of the second DC motor (M2) is fed to the control amplifier (R2).
5. Arrangement according to claim 4, characterized in that a frequency divider (F1, F2) between the pulse generator (J1, J2) and the phase measuring arrangement (P) is connected to control at different speeds.
6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the phase measuring arrangement (P) is a phase-locked measuring loop.
7. Application of the method according to claim 1 for metering fluids by means of displacement pistons in metering cylinders which are displaceably driven by means of linear amplifiers, characterized in that the drives for the linear amplifiers are the direct current motors (M1, M2), and that the mixing ratio for the metering by Setting a division ratio of the digital values is obtained.
The present invention relates to a method for controlling the speed of at least two DC motors in a proportional relationship to each other according to the preamble of independent claim 1, an arrangement for performing the method according to the preamble of independent claim 4 and an application of the method according to the preamble of independent patent claim 7.
A device for dosing at least two flowable components is described in EPA-A 3563. A
The dosing piston is moved by a linear amplifier and the rotary drive for the linear amplifier is a stepper motor.
Linear amplifiers are well known in the art as machine elements for both feed motion and precise positioning; in particular, a poorly performing rotary motion can be converted into a powerful translatory motion. This means that practically any fluid can be dispensed in precisely measured quantities in the device mentioned with a low rotational force. Such a linear amplifier is described for example in CH-PS 594 141. A stepper motor is provided as the control element. As is known, stepper motors have many advantages, such as no grinding parts and therefore no wear and tear, simple construction, simple pulse-based control for performing constant steps, and also disadvantages. Some essential are the system-related acceleration limitation, resonance phenomena and open control circuit.
The open control circuit in particular requires additional measuring devices to check whether the entered frequency and number of steps have been carried out.
It is therefore an object of the invention to find a solution for the drive of linear amplifiers, whereby two or more linear amplifiers can be operated in mutually dependent ratios, the ratio of the drives to one another being able to be changed in addition to the exact constant rotation of each individual drive each drive works in a closed control loop controlled by a setpoint device.
According to the invention, this is achieved in a method by the features in the characterizing part of independent patent claim 1. An arrangement for performing the method is characterized in claim 4 and an application of the method in claim 7.
An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing, in which a block diagram of an arrangement with two DC motors is shown.
The main drive part with the shaft W1 comprises a direct current motor M1 with a direct current tachometer T1 arranged on the same shaft W1 and a pulse generator J 1. The pulse generator J1 emits a number of pulses corresponding to the rotation of the shaft W1 with a frequency fl corresponding to the speed. The DC motor M1 is controlled from a setpoint generator S via a control amplifier R1 and a power amplifier V1. In addition to the setpoint nl, the control amplifier R1 is also supplied with the actual value from the DC tachometer T1. This direct current control is known.
A first power take-off with the shaft W2, like the main drive, consists of a direct current motor M2 with a direct current tachometer T2 and pulse generator J2 on the same shaft W2, and a control amplifier R2 and a power amplifier V2 are also present for controlling the direct current motor M2. The signal from the DC tachometer T2 is fed to the power amplifier V2.
The outputs of the pulse generators J1 and J2 are routed via frequency dividers F1 and F2 to a frequency comparator P with a subsequent digital / analog converter D / A. The analog signal from the digital / analog converter D / A is fed to the control amplifier R2 of the power take-off.
The frequency comparison P can be designed for a phase comparison in a phase-locked loop.
The reference voltage for the nominal speed nl from the setpoint generator S is compared in the control amplifier R1 with the voltage from the DC tachometer T1 and a speed tracking system is formed therefrom in a known manner. The speed regulated to the nominal speed nl is represented by the pulse generator J1 in a pulse train with a pulse frequency fl proportional to the speed.
The speed of shaft W2 is also measured with the pulse generator
J2 shown as a pulse train with a pulse frequency f2. The two pulse trains are compared with one another in the phase comparator P. Since the comparison is provided digitally in the example shown, the control signal must be converted via a digital / analog converter D / A. This control signal is used to control the control amplifier R2 and thus the power amplifier V2. The control amplifier R2 should have an integral characteristic.
The DC motor M2 thus changes the speed until the control signal becomes zero and thus there is synchronism between the two shafts W1 and W2.
If the pulse generators Jl and 52 are the same, i.e. generate an equal number of pulses per revolution, the speeds are the same. If different speeds are desired, the pulse frequencies fl and f2 in frequency dividers F1 and F2 can be divided by x and y. This results in a speed y n2 = nl for the shaft W2.
x x
If is used for x = 100, the described division of the pulse frequency f2 enables the shaft W2 to be operated as a percentage of the rotational speed of the shaft W1. If, on the other hand, the pulse generator J1 emits a pulse train with 100 pulses per revolution and the pulse generator J2 outputs one with 10,000 pulses, a division causes e.g. by 8 in the frequency divider F2 that the shaft W2 with a speed n2 = 0.08 nl, i.e.
with 8% of the speed of the shaft Wl.
If the shafts W1 and W2 controlled in this way are now used as drive shafts for linear amplifiers in order to displace displacement pistons in metering cylinders, this results in a mixture ratio n2: nl = 0.08 1.
In the same way, further dosing cylinders can be operated with different ratios to the nominal speed nl.
With this principle of the electric shaft, various advantages can be achieved with little effort compared to the stepper motors mentioned at the beginning:
The accelerations can be used up to the current limit. If a tracking error occurs for any reason, there are no step losses as with stepper motors, but this can be made up again.
If the tracking error, i.e. If the output signal of the digital / analog converter D / A exceeds a certain value, an alarm can be triggered and / or the system can be shut down.