DD208277A1

DD208277A1 - Schaltungsanordnung fuer eine pll-drehzahlregelung mit automatischer arbeitspunkteinstellung

Info

Publication number: DD208277A1
Application number: DD81235683A
Authority: DD
Inventors: Richard Moebius; Claus Holfert; Dieter Zahn; Roland Fischer
Original assignee: Hartha Elektromotoren
Priority date: 1981-12-14
Filing date: 1981-12-14
Publication date: 1984-03-28
Also published as: DE3244412A1; DE3244412C2; DD208277B1; HU192779B; CH663484A5; JPS58123387A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung fuer eine PLL-Drehzahlregelung mit automatischer Arbeitspunkteinstellung, insbesondere fuer elektronisch kommutierte Motoren in Kassettenlaufwerken. Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung fuer eine PLL-Drehzahlregelung zu finden, bei der sich der optimale Arbeitspunkt fuer das Phasendifferenzsignal bei Leerlauf bzw. Grundlast automatisch einstellt. Erfindungsgemaess wird d. dadurch erreicht, dass der Drehzahl-Istwert aus der Summe von gleichgerichteter Generatorspannung u. phasendifferenzproportionaler Spannung gebildet wird, ferner i. eingerasteten Zustand des Phasenregelkreises die statische Drehzahlabweichung null ist und somit die von einem an den Motor angekoppelten Generator gelieferte EMK oder die Motor-EMK selbst unter Verwendung eines Analogspeichers als Referenzspannung benutzt wird.

Description

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Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung fuer eine PLL-Drehzahlregelung mit automatischer Arbeitspunkteinstellung.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung fuer eine PLL-Drehzahlregelung mit automatischer Arbeitspunkteinstellung, insbesondere fuer elektronisch kommutierte Moto» ren in Kassettenlaufwerken.

Charakteristik der bekannten technischen Loesungen Es sind verschiedene Schaltungsanordnungen zur Drehzahlregelung bekannt.

Bei einer bekannten Ausfuehrung geschieht das durch eine PLL~Drehzahlregelung fuer einen Gleichstrom-Nebenschluss-» motor. Um einen optimalen Regelbereich (Phasenspielraum) zu erhalten, muss der Regelkreis mit Hilfe einer Referenzspannung an den Grundstrom des Motors (z_eB. im Leerlauf oder bei Grundbelastung) angepasst werden· Diese Ausfuehrung hat den Nachteil, dass in den Faellen, in denen eine einstellbare Drehzahl gefordert wird, zwei Einstellungen vorgenommen werden muessen (Einstellung der Frequenz des Referenzoszillators und Einstellung fuer den Motorgrundstrom). Ausserdem ist fuer die Motorgrundstromeinstellung keine Langzeit- und Temperaturkonstanz gegeben.

Eine andere bekannte Ausfuehrung arbeitet mit einem PLL-Regelkreis und zusaetzlicher geschwindigkeitsproportionaler Gegenkopplung

Diese Regelungsart ist jedoch nicht so ausgebildet, dass

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die absolute Groesae der Generatorspannung keinen Einfluss auf den sich einstellenden Arbeitspunkt, d.h.« die Phasendifferenz im Leerlauf oder bei Grundlast ₉ hat. Dabei erfordert eine Veraenderung der Drehzahl mit Hilfe der Oszillatorfrequenz gleichzeitig eine Anpassung an die veraenderte Generatorspannung mit Hilfe eines zusaetzlichen Einstellwiderstandes« Die Driftung der Generatorspannung und exemplarbedingte Streuung dieser werden nicht automatisch ausgeglichen.

Weiterhin ist eine Ausfuehrung bekannt, bei der durch eine drehzahlproportionale Gegenkopplung die Drehzahl des Motors konstant gehalten wird.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass eine lastabhaengige statische Drehzahlabweichung verbleibt (keine PLL-Drehzahlregelung). Weiterhin ist eine Langzeitstabilitaet fuer die eingestellte Drehzahl nicht gegeben^ da eine durch Temperatureinfluss oder Alterung des Magnetkreises hervorgerufene Generatorspannungsaenderung nicht auegeregelt wird.

Schliesslich ist eine Anordnung bekannt ₉ bei der ebenfalls durch eine drehzahlproportionale Gegenkopplung die Drehzahl des Motors konstant gehalten wird. Die Motor-EMK wird mit einem Sollwert verglichen.

Diese Schaltungsanordnung weist aber die gleichen Nachteile wie die vorher beschriebene auf, auch wenn hier die Motor-EMI unmittelbar (nicht ueber angekoppelten Generator) als Drehzahlistwert benutzt wird* Eine temperatur- und alterungsbedingte Drehzahldrift, hervorgerufen durch Aenderung der EMK, verbleibt somit auch bei dieser Schaltungsanordnung.

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Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung fuer eine PLL-Drehzahlregelung zu finden, bei der sich der optimale Arbeitspunkt fuer das Phasendifferenzsignal bei Leerlauf bzw. Grundlast automatisch einstellt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine geeignete PLL-Schaltungsstruktur zu finden, bei der sich durch eine linear mit der Motordrehzahl und der Motor- bzw. Generatorkonstanten verlmuepften Referenzspannung, die jedoch auf kurzzeitige Winkelgeschwindigkeitsaenderungen nicht reagiert, der optimale Arbeitspunkt fuer den Phasenregelkreis automatisch einstellt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass der Drehzahl-Istwert aus der Summe von gleichgerichteter Generatorspannung und phasendifferenzproportionaler Spannung gebildet wird, ferner im eingerasteten Zustand des Phasenregelkreises die statische Drehzahlahweichung null ist und somit die von einem an den Motor angekoppelten Generator gelieferte SEffi oder die Motor-EMK selbst unter Yerwendung eines Analogspeichers als Referenzspannung benutzt wird. ' Die Erfindung hat die Vorteile, dass

a) sich der optimale Arbeitspunkt (statisch) des PLL-Regelkreises zur Drehzahlregelung selbst einstellt. Damit ist nur ein'Einstellelement, das die Referenzfrequenz bestimmt, fuer die Drehzahleinstellung notwendig;

b) die Temperatur oder Alterung des Magnetkreises bzw. durch Exemplarsteuerung bedingte Generatorspannungsabweichungen ausgeglichen werden und somit nicht den nutzbaren Regelbereich einengen.

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Auöfuehrijngsbeiöpiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfuehrungsbeispiel naeher erlaeutert werden. In der zugehoerigen Zeichnung zeigern ' . . . .· :: / :": '' '

Fig. 1: Drehzahl-Regelschaltung Pig. 2ί Modifikation der Drehzahl-Regelschaltung

Fig. 1 zeigt eine Drehzahl-Regelschaltung, bestehend aus den Elementen Motor 14 mit angekoppeltem Generator 15, einer Zweiweggleichrichterschaltung 16, einem Impulsformer 17, dem Phasendiskriminator 13, zwei steuerbaren Stromquellen 2 und 3, die auf den Widerstand 11 arbeiten, einem Tiefpass 1, einer Differenzierstaerkerstufe 8 mit den zugehoerigen Widerstaenden 4, 6, 7 und 9, einem Spannungs-Stromwandler 12 und einem Generator 18 mit einstellbarem Widerstand 19 zur Frequenzeinstellung. Wird der Kondensator 5 durch eine Spannungsquelle ersetzt und von dem Widerstand 10 getrennt, so erhaelt man einen PLL-Regelkreis mit drehzahlproportionaler Gegenkopplung. Die Solldrehzahl wird mit dem Einstellwiderstand 19₉ der die Frequenz des Generators 18 bestimmt, eingestellt. Die Groesse der Spannung von der Ereatzspannungsquelle ist abhaengig von der Groesse des Motorstromes im Leerlauf oder bei Grundbelastung. Sie wird so gewaehlt, dass sich bei dieser Betriebsart eine minimale Phasendifferenz einstellt, um bei Lastaenderung einen maximalen Regelbereich (Phasenspielraum) zur Verfuegung zu haben. Sine gewuenschte Aenderung der Drehzahl durch Yeraenderung der Generatorfrequenz mit Hilfe des Einstellwiderstandes 19 erfordert somit auch eine entsprechende Aenderung der Spannung am nicht invertierenden Eingang des Differenz ve rstaerkers" 8. Die gleiche Veraenderung muesste vorgenommen werden, wenn sich die vom Generator 15 abgegebene Spannung bei konstant gebliebener Drehzahl durch Alterung des Magnetkreises oder durch thermischen Einfluss aendert.

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Bildet man erfindungsgeinaess den Drehzahl-Istwert aus der Summe von gleichgewichteter Generatorspannung und phasendifferenzproportionaler Spannung, was mit Hilfe der steuerbaren Stromquellen 2 und 3 und dem an der Zweiweggleichrichterschaltung 16 liegenden Widerstand 11 geschieht, und ersetzt erfindungagemaess die angenommene Spannungsquelle durch den Kondensator 5» der ueber den Widerstand 10 auf die vom Generator 15 abgegebene Spannung aufgeladen wird, so erhaelt man am Kondensator 5 im eingerasteten Zustand des PLL-Rege!kreises eine quasi statische, der Drehzahl proportionale Referenzspannung, wenn die Zeitkonstante des RC-Gliedes (Widerstand 10, Kondensator 5) viel groesser ist als die Reaktionszeit des PLL-Regelkreises. Da die Generatorspannung erfindungsgemaess nur mit unterschiedlichen Zeitkonstanten am Differenzeimgang des Differenzverstaerkers 8 anliegt, hat der Absolutwert der Generatorspannung im eingerasteten Zustand des Regelkreises keinen Einfluss auf den Arbeitspunkt, d.h.» auf die Groesse der sich einstellenden Phasendifferenz zwischen Referenzfrequenz des Generators 18 und Frequenz des Generators 15* Somit verursachen temperatur^ alterungs- und exemplarbedingte Generatorspannungsabweichungen keine Arbeitspunktverschiebung. Der optimale Arbeitspunkt stellt sich unabhaengig vom Absolutwert der Generatorspannung automatisch ein. Die gewuenschte Drehzahl wird nur noch mit dem Einstellwiderstand 19 eingestellt«, Vorteilhaft kann der Widerstand 10 beim Hochlauf des Motors durch einen elektronischen Schalter 21 und eine Diode 20 nach Fig. 2 ueberbrueekt werden. Die Ueberbrueckung wird mit Hilfe eines aus dem Phasendiskriminator 13 gewonnenen Signales im Moment des 'Einrastens' aufgehoben. Damit ist ein besseres Hochlaufverhalten fuer den Motor gegeben.

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Claims

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Erfindungsanspruch

1. Schaltungsanordnung fuer eine PLL-Drehzahlregelung mit automatischer Arbeitspunkteinstellung, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahl-Istwert fuer den Differenzverstaerker (8) mit Hilfe des Widerstandes (11), der mit der Zweiweggleichrichterschaltung (16) verbunden ist, und den steuerbaren Stromquellen (2, 3), die durch den Phasendiskriminator (13) angesteuert werden, aus der Summe von gleichgerichteter Generatorspannung und phasendifferenzproportionaler Spannung gebildet und die fuer den Differenzverstaerker (8) erforderliche Referenzspannung mit Hilfe des Integrationsgliedes (Widerstand (10)', Kondensator (5) ), das eine entsprechend grosse Entladezeitkonstante besitzt und ebenfalls mit dem Ausgang der Zweiweggleichrichterschaltung (16) verbunden ist, gewonnen wird,
2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, dass im nicht eingerasteten Zustand des PLL-Regelkreises der Widerstand (10) durch einen elektronischen Schalter (21), der vom Phasendiskrirainator (13) angesteuert wird, ueberbrueckt wird.
3. Schaltungsanordnung nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei elektronisch kormautierten Motoren der Generator (15) entfallen kann und die drehzahlproportionale Spannung, sowie die drehzahlproportionale Impulsfrequenz aus der generatorischen Halbwelle des Motors gewonnen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnung