CS215817B1

CS215817B1 - Servomotor revolution control circuitry

Info

Publication number: CS215817B1
Application number: CS183980A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Hotmar
Original assignee: Zdenek Hotmar
Priority date: 1980-03-17
Filing date: 1980-03-17
Publication date: 1982-09-15

Description

Vynález se týká zapojení pro regulaci otáček servomotoru, pomocí kterého lze dosáhnout krátkodobé stability lepší než 0,01 %.The invention relates to a servomotor speed control circuit by means of which short-term stability better than 0.01% can be achieved.

Doposud známá řešení regulace otáček servomotoru používající tachodynama se vůbec nedají srovnávat. Pří použití inkrementálního čidla se zvýší přesnost měření otáček, ale vadí nerovnoměrnost čtecí mřížky, která vnáší do regulační smyčky proměnnou fázovou chybu. Stabilita se dá zlepšit až na velikost chyby 0,05 % při výběru kvalitního čidla a vhodného servomotoru. Za snímačem rychlostí motoru následuje vyhodnocovací část, která změřenou veličinu přemění do vhodné podoby, a část regulační, kde srovnáváním s žádanou hodnotou rychlosti vznikne signál pro regulaci servomotoru ve vhodném smyslu. Známá zapojení pro regulací otáček servomotoru reagují na zjištěný rozdíl mezi naměřenou a požadovanou hodnotou otáček tak, že podle okamžitého rozdílu otáček zvýší nebo sníží okamžitou rychlost motoru tak, aby se výsledný rozdíl otáček blížil k nule.The known tachodynamic speed control solutions of the servomotor cannot be compared at all. When an incremental encoder is used, the accuracy of the speed measurement is increased, but it interferes with the uneven reading grid, which introduces a variable phase error into the control loop. Stability can be improved up to an error level of 0.05% when selecting a quality sensor and a suitable servomotor. The motor speed sensor is followed by an evaluation part, which converts the measured quantity into a suitable form, and a control part, where by comparison with the speed setpoint, a signal for regulating the servomotor is generated in a suitable sense. Known servo motor speed control circuits respond to the detected difference between the measured and target speed values by increasing or decreasing the instantaneous motor speed according to the instantaneous speed difference so that the resulting speed difference approaches zero.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojení pro regulaci otáček servomotoru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že blok předvolby otáček je připojen na první vstup bloku měření doby oběhu, současně je na druhý vstup bloku měření připojen tvarovač a na třetí vstup je připojen časový normál. Výstup bloku měření doby oběhu je připojen na digitálně analogový převodník, jehož výstup je napojen na dělič připojený na první vstup sumátoru, jehož druhý vstup je připojen ke zdroji referenčního napětí. Výstup sumátoru je připojen na vstup zesilovače, který je napojen na servomotor, otáčející inkrementálním čidlem, jehož výstup je spojen s tvarovačem.These drawbacks are eliminated by the speed control circuit according to the invention, which is characterized in that the speed preselection block is connected to the first input of the circulation time measuring block, at the same time the shaping device is connected to the second input of the measuring block and the time normal is connected to the third input. The output of the circulation time measurement block is connected to a digital-to-analog converter whose output is connected to a divider connected to the first input of the summator, the second input of which is connected to a reference voltage source. The summator output is connected to an amplifier input which is connected to a servomotor rotating by an incremental encoder, the output of which is connected to the former.

Využívá se řízeného regulačního členu s pomocnou řídicí veličinou, jehož vstupní informace o skutečných otáčkách vzniká číslicovým měřením doby mezi prvním, nebo referenčním pulsem inkrementálního čidla a zpravidla předposledním pulsem inkrementálního čidla v jedné otáčce. Tím je zaručena reprodukovatelnost měření, neboť dochází k odečítání časového intervalu, který je úměrný otáčkám, vždy na stejných hranách impulsů přicházejících z inkrementálního čidla. Při použití přesného časového normálu je možno zajistit přesnost měření otáček lepší než 10³ %. Pomocí číslicově řízené regulační smyčky lze potom dosáhnout přesnost regulace otáček servomotodu lepší než 0,01 %.It uses a controlled regulator with an auxiliary control variable whose input information about actual speed is generated by digital measurement of the time between the first or reference incremental encoder pulse and usually the penultimate incremental encoder pulse in one revolution. This ensures reproducibility of the measurement, since the time interval, which is proportional to the speed, is always read at the same edges of the pulses coming from the incremental encoder. By using a precise time standard, a speed measurement accuracy of better than 10 ³ % can be ensured. A numerically controlled control loop can then achieve a servomotor speed control accuracy better than 0.01%.

Výhodou tohoto zapojení pro regulaci otáček servomotoru je to, že se získá vysoká přesnost nastavení otáček servomotoru použitím číslicového měření doby jedné otáčky od definovaných hran inkrementálního čidla, číslicovým zpracováním signálu odchylky, zmenšením pásma regulace. Tím, že se odečítá doba mezi dvěma stále stejnými body Inkrementálního čidla, se vyloučí fázová chyba čidla, a tedy výsledná přesnost měření závisí jen na kvalitě normálu času, který lze použít až s maximální přesností 10'¹²a na přesnosti komparace jednotlivých hran pulsů dodávaných Inkrementálním čidlem. Regulační smyčka používá pomocnou řídicí veličinu tak, aby servomotor dosáhl pásma regulace otáček v rozmezí ± 1 %. Toto se dosáhne vhodnou volbou poměru jmenovitého momentu servomotoru a momentu setrvačnosti zátěže tak, aby kolísání během jedné otáčky bylo řádově srovnatelné s chybou regulace.The advantage of this wiring for servo motor speed control is that high accuracy of servo motor speed adjustment is obtained by using digital measurement of one revolution time from defined edges of the incremental encoder, digitally processing the deviation signal, reducing the control band. By subtracting the time between two constant points of the Incremental encoder, the phase error of the encoder is eliminated, and thus the resulting measurement accuracy depends only on the quality of the time normal, which can be used with a maximum accuracy of ^10-12. Incremental sensor. The control loop uses an auxiliary control variable so that the actuator reaches the speed control range within ± 1%. This is achieved by a suitable choice of the ratio of the rated torque of the servomotor to the moment of inertia of the load so that the fluctuation during one revolution is of the order of magnitude comparable with the control error.

Na výkresu je znázorněno blokové schéma zapojení pro regulaci otáček servomotoru podle vynálezu. Blok předvolby otáček 1 je připojen na první vstup bloku měření doby oběhu 7, současně je na druhý vstup připojen tvarovač 8 a na třetí vstup je připojen časový normál 9. Výstup bloku měření doby oběhu je připojen na digitálně analogový převodník 6, jehož výstup je napojen na dělič 5 vedoucí na první vstup sumátoru 11, jehož druhý vstup je napájen ze zdroje referenčního napětí 10. Výstup sumátoru 11 je připojen na vstup zesilovače 2, který je napojen na servomotor 3, otáčející inkrementálním čidlem 4, jehož výstup je spojen stvarovačem 8.In the drawing a block diagram of a servomotor speed control according to the invention is shown. The speed preselection block 1 is connected to the first input of the circulation time measurement block 7, the former is connected to the second input and the time normal 9 is connected to the third input. The output of the circulation time measurement block is connected to a digital analog converter 6 to the divider 5 leading to the first input of the summator 11, the second input of which is fed from a reference voltage source 10. The summator 11 output is connected to the input of an amplifier 2 which is connected to a servomotor 3 rotating incremental sensor 4.

Servomotor 3 otáčí inkrementálním čidlem 4. Vznikající elektrické impulsy jsou po vytvarování v bloku tvarovačů 8 přivedeny do bloku měření doby oběhu 7. Inkrementální čidlo dává jednak několik set Impulsů za jednu otáčku, jednak referenční impuls jednou za otáčku.The actuator 3 rotates the incremental encoder 4. The resulting electric pulses are fed to the block of time measurement 7 after being formed in the block of formers 8. The incremental encoder provides several hundred pulses per revolution and a reference pulse once per revolution.

Měří se vždy číslicově doba mezi prvním, nebo referenčním impulsem a zpravidla předposledním impulsem inkrementálního čidla v jedné otáčce. Dále se vypočítá rozdíl mezi skutečnou a požadovanou dobou jedné otáčky v bloku měření doby oběhu 7. Blok měření doby oběhu 7 má na prvním vstupu informaci o předvolbě otáček 1, na druhý vstup přichází informace o skutečné době oběhu z bloku tvarovačů 8 a na třetí vstup jsou přivedeny značky z časového normálu 9. Výstupní číslicová informace se v digitálně analogovém převodníku 6 změní na analogovou veličinu, která přes dělič 5 je přiváděna do sumátoru 11. Na pomocný vstup sumátoru 11 je přivedeno napětí z referenčního zdroje napětí 10, které zajišťuje rozběh servomotoru 3 do oblasti v blízkostí jmenovitých otáček. Zbývající chybu, rozdíl otáček, doreguluje smyčka zpětné vazby přes inkrementální čidlo 4. Za sumátorem 11 je zařazený výkonový zesilovač 2 s dostatečnou výkonovou a dynamickou rezervou.The time between the first or reference pulse and usually the penultimate pulse of the incremental encoder in one revolution is measured numerically. Furthermore, the difference between the actual and the desired time of one revolution in the circulation time measurement block 7 is calculated. The circulation time measurement block 7 has speed preselection information 1 at the first input, the actual circulation time information from the former 8 and the third input The output digital information in the digital-to-analog converter 6 is converted to an analogue quantity, which is fed to the summator 11 via a divider 5. The auxiliary input of the summator 11 is supplied with voltage from a reference voltage source 10 which provides start-up of the servomotor. 3 to the area near the rated speed. The remaining error, speed difference, is controlled by the feedback loop via the incremental encoder 4. After the sump 11 there is a power amplifier 2 with sufficient power and dynamic margin.

Konkrétní příklad provedení:Specific example:

Pro dosažení stability regulace otáček servomotoru s hodnotou lepší než 0,01 % musíme použít při jmenovité rychlosti otáčení servomotoru n = 20 otáček za vteřinu, nejmenšího časového rozlišení alespoň 5 μ&, stabilního normálu 10‘⁹a komparátoru se stabilitou komparace lepší než 0,5 ^s při nejhorším pracovním režimu. Tototo způsobu regulace otáček servomotoru lze s úspěchem použít například u ellpsometru s rotujícím analyzátorem k otáčení polarizačního hranolu a u všech zařízení, kde po požadovaná regulace otáček servomotoru lepší než 0,01 % na otáčku.To achieve a servomotor speed stability of better than 0.01%, we must use a servomotor rated speed of n = 20 revolutions per second, a minimum resolution of at least 5 μ &, a stable normal of 10 ' ⁹ and a comparator with a comparability of better than 0.5 ^ s at worst operating mode. This method of servomotor speed control can be successfully used, for example, in an ellpsometer with a rotating analyzer to rotate a polarizing prism and in all devices where the required servomotor speed control is better than 0.01% per revolution.

Popsané zapojení pro přesnou regulaci otáček servomotoru dovoluje dosažení vysoké stability při jednoduchém obvodovém řešení. Je to velmi vhodné zapojení pro regulaci otáček servomotoru pro různé fyzikální a optické přístroje, kde se vyžaduje přesnost regulace otáček lepší než 0,01 %.The described wiring for precise control of the actuator speed allows to achieve high stability with a simple circuit solution. It is a very suitable wiring for servo motor speed control for various physical and optical instruments where speed control accuracy better than 0.01% is required.

Claims

SUBJECT

Circuit for servomotor speed control, characterized in that the speed preselection block (1) is connected to the first input of the circulation time measuring block (7), to the second input of which the former is connected (8) and to the third input of the time normal (9) ), the output of the circulation time measuring block (7) being connected to a digital-to-analog converter (6), the output of which is connected to a divider

YNALEZU (5), connected to a first sump input [11], the second input of which is connected to a reference voltage source (10), the sump output (11) of which is connected to an amplifier input (2) which is connected to the servomotor (3) connected by an incremental sensor (4), the output of which is further connected to the former (8).